Comunicaciones Moviles
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CAPÍTULO 1º
Introducción a los Sistemas de
Comunicaciones Móviles
José Mª Hernando Rábanos
Universidad Politécnica de Madrid
1
RADIOCOMUNICACIÓN
Se define la Radiocomunicación como
Telecomunicación realizada por medio de ondas
radioeléctricas. Estas son ondas electromagnéticas
que se propagan por el espacio sin guía artificial y
tienen frecuencias comprendidas entre 30 kHz y unos
3000 GHz.
El enlace por ondas entre terminales, permite eludir su
conexión rígida por cable. Como consecuencia, la
radiocomunicación lleva implícita la UBICUIDAD y la
MOVILIDAD de los terminales.
2
RADIOCOMUNICACIÓN (II)
Los elementos físicos que soportan las
Radiocomunicaciones se denominan Estaciones
Radioeléctricas.
Las Estaciones pueden clasificarse:
− Por su función
• Transmisoras (TX)
• Receptoras (RX)
• Mixtas (TRX)
− Por su movilidad
• Fijas (FS)
• Móviles (MS)
3
RADIOCOMUNICACIÓN (III)
− Por su ubicación
• Terrenales
• Espaciales
En el caso de estaciones TRX, han de disponerse
mecanismos de separación de las funciones de
Transmisión y Recepción (Duplexión).
4
TIPOS DE RADIOCOMUNICACIONES
Los sistemas de Radiocomunicaciones pueden
clasificarse, según su cobertura en:
– Sistemas punto a punto
Ej: Radioenlaces de microondas.
− Sistemas punto a multipunto
Ej: Bucle de abonado inalámbrico (WLL)
Sistemas inalámbricos de banda ancha (WIFI,
WIMAX)
− Sistemas zonales
Ej: Radiodifusión
Sistemas Móviles
5
CARACTERISTICAS DE LOS SISTEMAS RADIOCOMUNICACIONES
1) Explotación: Hay 3 modos de explotación:
− Símplex (SX): Transmisión alternativa en uno u otro
sentido. En comunicaciones móviles la transmisión
símplex requiere el uso de un conmutador (PTT: Push-To-
Talk) para pasar de transmisión a recepción. Se realiza
con una o dos frecuencias portadoras.
− Dúplex (DX): Transmisión simultánea en ambos sentidos.
Requiere dos frecuencias portadoras y el uso de un
duplexor.
− Semidúplex (SDX): Transmisión símplex en una estación
y dúplex en otra. Se utiliza cuando hay estaciones
repetidoras. Requiere dos portadoras.
6
TX
RX
TX
RX
TX
RX
TX
RX
TX
RX
TX
RX
TX
RX
TX
RX
BS MS
MS
MS
MS
BS
BS
BS
SIMPLEX UNA FRECUENCIA
SIMPLEX DOS FRECUENCIAS
SEMIDUPLEX DOS FRECUENCIAS
DUPLEX DOS FRECUENCIAS
F1
F1
F1
F1
F1
F2
F’1
F’1
DPX
DPX
DPX
7
2) Enlaces
− En los sistemas de radiocomunicaciones zonales
(radiodifusión, móviles) hay una estación radio central
y otras dispersas por la zona de cobertura.
− Se definen dos clases de enlaces:
• Enlace Descendente (DL)
Comunicación en el sentido Estación Central a
Estaciones Remotas.
• Enlace Ascendente (UL)
Comunicación en el sentido Estación Remota a
Estación Central.
8
3) Modos de Operación
− Difusión: Transmisión desde un TX a múltiples
receptores. Característica de sistemas radioeléctricos
zonales unidireccionales.
− Contienda: Transmisión desde múltiples TX a un solo
RX (múlti-acceso). Requiere la utilización de
protocolos reguladores del acceso. Característica de
sistemas radioeléctricos multipunto y móviles.
9
4) Limitación de Banda: Los recursos de
frecuencias son limitados por lo que debe
optimizarse la relación.R/B = velocidad de información / anchura de banda
(bit/seg/Hz)
− Hay dos tipos de transmisiones:
• De banda estrecha R/B >1
Sistemas sencillos y sensibles a las perturbaciones.
• De banda ancha R/B <<1
Sistemas complejos y resistentes a las
perturbaciones.
10
5) Calidad: Se expresa por la Tasa de Bits Erróneos
(BER: Bit Error Rate).
− El medio de transmisión radio introduce perturbaciones
tales como ruido, interferencias y multitrayectos que
están presentes en la recepción y afectan a la calidad
de la señal recuperada.
− El grado de afectación depende básicamente de la
relación entre las potencias de la señal y las
perturbaciones:
• Señal deseada / ruido.
• Señal deseada / interferencias.
11
Estas relaciones deben superar unos valores
determinados para asegurar una cierta calidad de
señal. Ello implica la existencia de valores umbral
de potencia de la señal deseada por debajo de los
cuales un sistema de radiocomunicación no se
considera operativo.
Valores usuales son:
Referencia BER 10-3
Usuario BER 10-6
12
SEPARACION DE LAS EMISIONES
La emisión de una onda modulada ocupa un
“volumen”: espacio-tiempo-frecuencia-código dentro
del cual no puede haber otra emisión por motivos de
interferencia.
Por tanto las emisiones deben separarse entre si en
alguna de esas dimensiones.
La modalidad de separación define la técnica de
multiacceso.
14
TÉCNICAS DE MULTIACCESO EN RADIOCOMUNICACIONES
Se utilizan para la compartición de los escasos
recursos radioeléctricos por parte de grupos de
usuarios.
En comunicaciones móviles se utilizan cuatro tipos de
técnicas:
− Acceso múltiple por división de frecuencia: FDMA.
− Acceso múltiple por división de tiempo: TDMA.
− Acceso múltiple por división de código: CDMA.
− Multiplexación espacial: SDMA
15
Las técnicas de multiacceso están combinadas con
los métodos de modulación:
– La FDMA, con modulación de frecuencia analógica
(FM).
– La TDMA y CDMA, con modulaciones digitales de
frecuencia (MSK), de fase (PSK) o amplitud-fase
(MQAM)
16
SEPARACIÓN EN FRECUENCIA
Se llama canal a la anchura de frecuencias reservadas
para una radiocomunicación.
Dada una banda de frecuencias B, se denomina
canalización f al módulo utilizado para la subdivisión
de la banda.
En las radiocomunicaciones móviles se reservan dos
sub-bandas para los enlaces ascendente y
descendente.
17
Un radiocanal es una pareja de frecuencias
portadoras (para UL y DL).
El número de radiocanales disponibles en una banda,
es:
N = B / f
19
FDMA
Transmisiones simultáneas e ininterrumpidas
separadas en frecuencia, empleando distintas
portadoras.
El receptor, mediante la sintonización, selecciona el
canal deseado.
20
CARACTERÍSTICAS DE FDMA
Tecnología madura y experimentada.
Para sistemas de baja / mediana densidad de tráfico.
Banda estrecha: Influye el multitrayecto.
Sencillez de realización de equipos.
Complejidad de las estaciones base multicanales.
Escasa versatilidad.
Dificultad inserción señalización asociada a la
llamada.
Limitaciones para la mejora de la calidad.
21
SEPARACIÓN EN TIEMPO
Se llama trama a un período de tiempo de recurrencia
que se divide en períodos más pequeños llamados
intervalos.
Se separan en el tiempo las emisiones de distintos
usuarios asignando a cada uno un intervalo diferente
de la trama.
La transmisión / recepción de un usuario genérico N, se
realizará en el intervalo N de cada trama.
22
TDMA
Transmisión simultánea, pero discontinua, en la
misma frecuencia portadora de ráfagas o paquetes de
información por los distintos usuarios.
Cada receptor selecciona la ráfaga con su número e
ignora las demás
BS
MS1 MS'1MS2 MS'2MS3 MS'3
TDMA
Trama
TDM
Trama
BS
MS1 MS'1MS2 MS'2MS3 MS'3
TDMA
Trama
TDM
Trama
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CARACTERÍSTICAS DE TDMA
Complejidad de acceso: Estricta sincronizacióntemporal.
Para sistemas de alta capacidad de tráfico.
Simplificación estaciones base multicanales.
Retardo en la comunicación.
Elevada versatilidad.
Necesidad de digitalización de la información.
Facilidad inserción señalización asociada a la llamada.
Permite conseguir una alta calidad.
Potencia media reducida.
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COMPARACIÓN FDMA / TDMA
MULTIACCESO
FDMA Estación base:
Tantos equipos
TRX como
radiocanales
Estación base: Cada
TRX 8 radiocanales
MULTIACCESO TDMA
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MULTPLEXACIÓN ESPACIAL SDMA-1
Transmisión de dos o más flujos de información
mediante múltiples antenas (sistema MIMO).
TX RX
Se utiliza la misma frecuencia.
Uno o más usuarios.
26
SEPARACIÓN EN ESPACIO SDMA-2
Se llama célula a la región cubierta por una estación
de base.
Puede utilizarse la misma frecuencia en dos células
separadas entre sí lo suficiente para que la
interferencia mutua sea despreciable.
Para ello la relación de potencias
debe superar cierto valor umbral.
2D1D S/Steinterferen señal p.
deseada señal p.
27
CDMA
Transmisión simultánea e ininterrumpida de varias
comunicaciones en la misma frecuencia pero con
códigos de canal diferentes.
El receptor acepta solo las señales que traen su
propio código y expande las demás, considerándolas
como ruido.x(t) · c(t)1 1
x(t) · c(t)2 2
x(t) c(t) c(t)
x(t) c(t) c(t)
1 1 1
1 2 1
x(t) c(t) c(t)
x(t) c(t) c(t)
2 2 2
1 1 2
c(t)1
c(t)2
Receptor 1
Receptor 2
Transmisor 1
Transmisor 2
x1
x2
28
CARACTERÍSTICAS DE CDMA
Gran anchura de Banda (Espectro Ensanchado).
Resistente a las interferencias.
Produce interferencia moderada
Gran capacidad de tráfico.
Requiere estricta sincronización y control de la potencia.
Estación base monocanal.
Tecnología muy compleja.
No requiere planificación de frecuencias.
Necesidad de digitalización de la información.
Elevada calidad.
Traspaso de llamadas muy eficaz
29
RADIOCOMUNICACIONES MÓVILES
Servicio de Radiocomunicación entre estaciones
terrestres móviles y estaciones fijas o entre
estaciones móviles.
CLASES
− Servicio Móvil Terrestre
− Servicio Móvil Marítimo
− Servicio Móvil Aeronáutico
• Terrenal
• Por Satélite
30
Aprovechan el carácter inalámbrico de los enlacesradioeléctricos para conseguir
− Ubicuidad
− Movilidad
Permiten el intercambio de información diversa
− Voz
− Datos
− Fax
− Teleacción
− Vídeo
entre terminales móviles (vehículos, personas) y
terminales fijos (Puestos de Control, Teléfonos) o
móviles entre sí con unas características de calidad
determinadas.
31
La información útil constituye el Tráfico.
Deben intercambiarse también señales adicionales
para:
− Establecimiento / Liberación de las llamadas.
− Supervisión de la Comunicación.
− Protección de la información útil contra las
perturbaciones.
Tal información supletoria se denomina genéricamente
Señalización.
La Señalización puede intercambiarse junto con el
tráfico (Señalización Asociada) o utilizando recursos
específicos (Señalización Común).
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CARACTERÍSTICAS DE CALIDAD
1. COBERTURA
• Extensión Superficial
Local
Regional
Nacional
Internacional
• Cualificación
Calles
Carreteras
Bosques
Interiores
Subterráneos
Túneles
• Completitud
Porcentaje Ubicaciones
Porcentaje Temporal
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2. TIPO DE TERMINAL
De vehículo
Transportable
De Mano
3. CAPACIDAD DE TRÁFICO
Probabilidad de Espera
Probabilidad de Pérdida
4. FIABILIDAD
Porcentaje de Interrupciones
5. FIDELIDAD
Relación Señal / Ruido
Relación Señal / Interferencia
Tasa de Errores
34
COMPOSICIÓN DE UN SISTEMA DECOMUNICACIONES MÓVILES
1. ESTACIONES RADIOELÉCTRICAS
1.1 ESTACIONES FIJAS (FS)
Estaciones de Base (BS)
Estaciones de Control (CS)
Estaciones Repetidoras (RS)
1.2 ESTACIONES MÓVILES (MS)
Estaciones de vehículo.
Estaciones transportables.
Estaciones portátiles.
35
2. EQUIPOS / SISTEMAS DE CONTROL
− Controladores de BS.
− Sistemas de Concentración.
− Nodos de Conmutación.
− Centros de Operación y Mantenimiento.
− Centros de Autentificación y Verificación.
− Registros de usuarios.
− Centros de despacho.
− Pasarelas con redes externas.
− Equipos de transmisión.
36
CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS GENERALES DE SISTEMAS MOVILES
SISTEMAS DE RADIOTELEFONÍA (Two-way Radio)
Enlace Bidireccional
E. Descendente (DL: Down-Link) BS MS
Rango o Alcance (Talk – Out).
E. Ascendente (UL: Up-Link) MS BS
Retroalcance (Talk – Back).
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SISTEMAS DE RADIOMENSAJERÍA (Paging)
Enlace Unidireccional
BANDAS DE FRECUENCIAS
− Bandas VHF
• Baja: 30 – 80 MHz.
• Alta: 140 – 170 MHz.
• Banda III: 223 – 235 MHz.
− Bandas UHF
• Baja: 406 – 470 MHz.
• Alta: 862 – 960 MHz.
• Banda 1800 – 2100 MHz.
38
TECNICAS DE MULTIACCESO
Por división de frecuencia: FDMA.
Por división de tiempo: TDMA.
Por división de código: CDMA.
Por división de espacio (celular): SDMA
TIPO DE MODULACION
Sistemas analógicos (FM).
Sistemas digitales (FSK, GMSK, PSK).
TIPO DE EXPLOTACIÓN
Símplex (SD).
Semidúplex (SDX).
Dúplex (DX).
39
TIPO DE INFORMACIÓN
Voz (Analógica o Digitalizada).
Datos (Radiomática).
Teleacción.
Vídeo.
LIMITACIÓN DE COBERTURA
Por ruido.
Por interferencia.
40
CLASES BÁSICAS DE SERVICIOS MÓVILES
Sistemas Privados: Despacho
− PMR (Private Mobile Radio)
− PAMR (Public Access Mobile Radio)
Sistemas Públicos: Telefonía-Telecomunicación
− PLMN (Public Land Mobile Network)
− CT (Cordless Telecommunications)
− WLL (Wireless Local Loop)
41
SISTEMAS DE RADIOTELEFONÍA PRIVADA (PMR)
Redes de Comunicaciones Móviles sin conexión a la
Red Telefónica Pública Conmutada (RTPC = PSTN).
Orientados a Servicios de Despacho.
Transmisión de voz predominante.
Servicios especiales propios de la aplicación.
Usuarios muy activos.
42
Llamadas de grupo.
Redes de propiedad privada, pequeñas y muy
numerosas.
Coberturas generalmente locales.
Modo directo.
Señalización analógica sencilla.
Operación SX/SDX con PTT.
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SISTEMAS DE RADIOTELEFONÍA PÚBLICA (PLMN)
Redes autónomas de Telecomunicaciones con
conexión a la PSTN y a otras redes (ISDN, PDN,
...).
Los usuarios han de utilizar el terminal como un
teléfono convencional.
Usuarios poco activos.
Calidad vocal como en la red fija.
Llamadas individuales.
44
Cobertura muy amplia (país, continente) con
tecnología celular.
Amplia gama de servicios básicos y
suplementarios.
Buzón.
Datos
Multimedia
Redireccionamiento.
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EVOLUCIÓN RADIOCOMUNICACIONES MÓVILES TERRENALES
Radiotelefonía
Sistemas Privados
(PMR) (despacho)
Señalización Tonos
(CTCSS, SELCALL)
Sistemas Voting
Sist. Isofrecuenciales
Señalización Digital
Sist. Trunking (PAMR)
Analógicos(MPT1327)
Radiomensajería
Sistemas Públicos
(PLMN)
Sis. Inalámbricos
(W-PABX)
Sistemas
Públicos
Sistemas
Privados
Sistemas Trunking
Digitales (TETRA)
Sistemas de
Movilidad AVL
SIMULCAST
Sistemas Celulares
1ª Generación
(NMT, TACS, AMPS)
Sist. Celulares
2G (GSM)
D-AMPS
IS-54
IS-95
JDC/PHS
Sist.
TFTS
Sist. GSM-1800
Teléfonos
sin cordón (CT)
Analógicos (CT1) Telepunto
Digitales (CT2-CAI)
Sistemas DECT
IMT2000
UMTS
cdma2000
IMT2000 Advanced LTE
Analógicos
Tono/Voz
Analógicos
Tono/Voz
SIMULCAST
Alfanuméricos
(POCSAG,EUROSIGNAL)
Digitales
(ERMES)