Comunicaciones por Telefonía Movil

Comunicaciones por telefonıa movil

Jorge Valverde Rebaza Pedro Shiguihara Juarez1 Universidad Nacional de Trujillo

Escuela de InformaticaTeleprocesamiento

[email protected], [email protected]

ResumenEl presente documento trata de describir de manera breve la evolucion de la telefonıa movil, transcur-

ridas tres generaciones de telefonıas, y remarcando cada una de ellas.

Detalla ademas la arquitectura tanto hardware como software y sus componentes mas relevantesdentro del funcionamiento de la telefonıa movil.

La tecnologıa CDMA y TDMA la desarrollamos de manera separada, siendo importante en las comu-nicaciones de telefonıa movil actual, y su desenvolvimiento en las nuevas tendencias de tecnologıas deuso inalambrico, tales como el Sistema Global para las Comunicaciones Moviles en el caso del TDMA.Tratamos este tema de manera centrada ası como una comparacion breve entre estas dos tecnologıas.

Tambien presentamos descripciones puntuales sobre el Sistema de Posicionamiento Global (GPS)y Bluetooth que se perfila como una de las tecnologıas mas influyentes en esta era de telecomuni-caciones, permitiendo el establecer una Red de Area Personal (PAN), una realidad; con el apoyo degrandes corporaciones y empresas de telecomunicaciones, entre ellas: Nokia, Microsoft, Toshiba, Mo-torola, entre otros.

INDICE 2

Indice

1. Introduccion 5

2. Resena historica de la telefonıa celular 5

3. Generaciones de la Telefonıa Movil 63.1. Primera Generacion (1G) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73.2. Segunda Generacion (2G) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7

3.2.1. Generacion 2.5G . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73.3. Tercera Generacion (3G) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

4. Telefono celular 9

5. Componentes de la Red de Telefonıa Movil 105.1. Centro de Operacion y Mantenimiento - OMC . . . . . . . . . . . . . . . 105.2. Controladores de la Red de Radio - RNC . . . . . . . . . . . . . . . . . 125.3. Estaciones Base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125.4. Interconexiones del Sistema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135.5. Unidades de Telefonıa Movil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135.6. Protocolo de Comunicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145.7. Funcionamiento de la Telefonıa Movil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14

6. Procesamiento de Llamadas 176.1. Llamada de lınea fija a movil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176.2. Llamada de movil a lınea fija . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186.3. Llamadas de movil a movil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

7. Problemas con los Telefonos Celulares 197.1. Perdidas de Senal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197.2. Zonas Muertas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207.3. Problemas de Baterıas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207.4. Intimidad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

8. Acceso multiple por division de codigo-(CDMA) 228.1. El Estandar Celular CDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228.2. Ventajas de CDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23

9. Acceso multiple por division de tiempo-(TDMA) 249.1. Descripcion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 249.2. Modo de transmision . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 259.3. TDMA mejorado . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269.4. Ventajas especıficas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269.5. Desventajas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 279.6. Sistema Global para las Comunicaciones Moviles . . . . . . . . . . . . 27

10.Diferencias entre CDMA y TDMA 28

INDICE 3

11.Sistema de posicionamiento global 2911.1.Descripcion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2911.2.Elementos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3011.3.Ventajas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3011.4.Desventajas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3111.5.Aplicaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

12.Bluetooth 3112.1.Descripcion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3112.2.Historia del Bluetooth . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3212.3.Red Personal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3312.4.Arquitectura hardware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3312.5.Arquitectura software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

13.Conclusiones 35

INDICE DE FIGURAS 4

Indice de figuras

1. Celular . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92. Componentes de la red de Telefonıa Movil . . . . . . . . . . . . . . . . . 103. Arquitectura del software del OMC con el patron de diseno MVC . . . . 114. Interfaz grafica de usuario para gestionar los elementos de la red . . . . 125. El arbol de los elementos gestionados por la estacion base es accesi-

ble remotamente desde el OMC para que este pueda controlar dichaestacion base . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

6. Arquitectura del hardware de la Estacion Base . . . . . . . . . . . . . . 147. Arquitectura del software de la Estacion Base . . . . . . . . . . . . . . . 158. (a) Las frecuencias no se reutilizan en celdas adyacentes. (b) Para

anadir mas usuarios se pueden usar celdas mas pequenas . . . . . . . 169. Transferencia call handover”

1710. Establecimiento de Llamada de movil a fijo . . . . . . . . . . . . . . . . 1911. Evolucion de las diferentes Tecnologıas . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2412. Division en ranuras de tiempo (timeslots) del TDMA . . . . . . . . . . . 2513. Modo de funcionamiento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2514. Transferencia de datos por cortos de tiempo . . . . . . . . . . . . . . . . 2615. Estructura del TDMA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2716. Interferencia de comunicacion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2817. Estacion base GSM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2918. ”Triangulacion” de satelites . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

1 INTRODUCCION 5

1. Introduccion

El servicio de telefonıa tradicional, aunque algun dıa llegase a usar totalmente fibraoptica en la totalidad de la red, nunca podra satisfacer a un grupo creciente de usuar-ios: personas en movimiento. Los usuarios de hoy en dıa esperan realizar llamadastelefonicas desde aviones, automoviles o mientras caminan por la calle, ademas depoder navegar por la web y enviar correo electronico desde cualquiera de las ubica-ciones mencionadas. Por estos motivos y muchos mas, nacio una solucion: la telefonıamovil.

El sistema celular o de telefonıa movil a cobrado gran importancia dentro de lastelecomunicaciones. Su funcionamiento y evolucion en sus sistemas y protocolos decomunicacion, no son ajenos al campo de las redes de computadores.

El aprovechamiento al maximo del ancho de banda ha requerido una evolucionconstante de nuevas tecnicas de optimizacion, en el funcionamiento logico y fısico dela telefonıa movil. Los esfuerzo tanto en hardware como softaware han determinadonuevas potencialidades de tecnologıas nacientes, acorde con las nuevas necesidadesde los usuarios. Entre ellas la tecnologıa CDMA y TDMA fueron influyentes en losnuevos servicios brindados por las empresas telefonicas.

Es necesario hacer un recuento desde los inicios de este nuevo estilo de vida, yexplicar cuales fueron sus causas y el desarrollo de este sistema, del que hoy se usadiariamente, pero de desconoce su origen.

Para empezar comentamos brevemente la historia de la telefonıa movil, hasta llegara clasificarla en tres generaciones, luego presentamos un espacio detallado para latecnologıa CDMA, TDMA, GPS y el nuevo sistema estandar para telecomunicacionesinalambricas: Bluetooth, importante en el futuro proximo por sus nuevas capacidadesy ventajas. Con ello concluımos para enumerar nuestras conclusiones acerca de estetema.

2. Resena historica de la telefonıa celular

La telefonıa movil se remonta a los inicios de la II Guerra Mundial, donde ya seveıa la necesidad de la comunicacion a distancia, es por eso que la companıa Mo-torola crea un equipo llamado Handie Talkie H12-16, que fue un equipo de radio quepermitıa el contacto con las tropas vıas ondas de radio que no superaban los 600KHz.

Con el pasar de los anos, y terminada la guerra, Estados Unidos desarrollo elprimer sistema analogico de comunicacion movil, disenado por la AT & T y que fuepuesta en marcha en California y en Nueva York. Cuando este sistema llego a Europa,cada paıs diseno su sistema propio, lo que los llevo a un rotundo fracaso. Pero no fuehasta 1973, cuando Martın Cooper, considerado como el ”padre de la telefonıa celu-lar”, colaboro enormemente a la construccion y puesta en funcionamiento del primertelefono movil, todo un nuevo logro de la companıa Motorola; pero fue hasta 1979 que

3 GENERACIONES DE LA TELEFONIA MOVIL 6

aparecieron los primeros modelos comerciales, distribuidos en Japon, por la companıaNTT DoCoMo.

En la decada de los ochenta, cuando los sistemas digitales comenzaron a de-splazar a los sistemas analogicos, Europa ya habıa aprendido de su primer error ylas organizaciones gubernamentales a cargo de las comunicaciones se unieron paraestandarizar un solo sistema (GSM), por lo que cualquier telefono movil europeo fun-cionaba en cualquier parte de Europa. Estados unidos por su parte, siguiendo la ini-ciativa europea, decidio dejar la cuestion de los sistemas digitales al mercado, estoestimulo a que diferentes fabricantes comenzaran con la masiva produccion de difer-entes tipos de telefonos moviles.

En el 2001, la tecnologıa de los telefonos moviles tomo el sentido que ya se veıavenir y se comenzaron a fabricar los primeros celulares a color. Los tıpicos monocromaticos,fueron desplazados por celulares que poseıan una pantalla LCD a colores, que al inicioalcanzaban los 256 colores y actualmente llegan a los 65536 y mas; lo cual impacto alas personas y muchas no dudaron en adquirir uno sin importar el costo, este solo he-cho le abrio un mundo de nuevas posibilidades a la telefonıa movil para la adaptacionde nuevas funciones, como por ejemplo, una camara fotografica. Este momento esmuy reconocido en la historia de la telefonıa movil, ya que junto al boom de los celu-lares a color llego el boom de los Mensajes de Texto (SMS), los cuales permitıan,mediante el telefono movil, escribir y mandar un mensaje, usando su teclado numericoy ahorrandose mucho dinero en comparacion del gasto que se hacia al hablar. Ası conel pasar del tiempo, los celulares permitıan ya no solo hablar y mandar mensajes detexto, sino que tambien poder tomar fotos gracias a camaras que poseıan un lente dede 3.5MM y un procesamiento digital de imagenes, el cual no comprometıa mayoresrecursos del telefono movil. Con este continuo progreso tambien se le agrego una car-acterıstica muy importante, la de grabar videos y enviarlos como Mensajes Multimedia(MMS).

Existieron tambien muchas empresas que con el pasar de los anos se compro-metieron de manera decisiva con la evolucion de los moviles celulares. Una empresaque se caracterizo por la innovacion en Mensajerıa Multimedia, llegando a brindar ser-vicios como: ver videos, tomar fotos, escuchar musica e incluso jugar con graficos 3Dfue la Sony Ericsson. La empresa Nokia se ha caracterizado por sus avances en losjuegos con graficos 3D, destacando su Centro de Juegos de Bolsillo, el cual, con sumodelo N-GAGE inicio el uso de ”memoria RAM”; al igual que los computadores; estostelefonos moviles contenıan una memoria RAM de aproximadamente unos 6 a 12 MB.

3. Generaciones de la Telefonıa Movil

La tecnologıa inalambrica aplicada a la telefonıa movil ha tenido gran aceptacionpor los usuarios desde sus inicios, por lo que a los pocos anos de su implantacion,este servicio empezo a saturarse. Por esta razon hubo la necesidad de desarrollar eimplantar nuevas formas de acceso multiple al canal para poder darles cabida a masusuarios. Para separar esta etapa de la otra, la telefonıa celular se ha dividido en tres


generaciones distintas que se caracterizan por el uso de tecnologıas diferentes.

3.1. Primera Generacion (1G)

La 1G de la telefonıa movil aparecio en 1979, caracterizandose por ser analogicay de transmision estrictamente de voz. Las principales caracterısticas de los telefonosmoviles de esta generacion son:

Baja calidad de enlace.Baja velocidad de transmision, llegando a un maximo de 2400 bauds.No era muy seguro.Las tecnologıas que predominaron fue: FDMA (Frequency Division Mul-tiple Access), AMPS (Advanced Mobile Phone System).

Los sistemas 1G tenıan muchas limitaciones pero altos costos debido basicamentea:

Falta de competencia entre los operadores y suministradores de equiposque obligaran a bajar los precios.Dificultades de orden tecnico, entre los que destacan: existencia de var-ios estandares, y por tanto, series de fabricacion limitada; sistemas debaja capacidad o eficiencia radioelectrica que implica un alto consumode frecuencias; sistemas analogicos que implican una tecnologıa volu-minosa y de difıcil mantenimiento; y sistema de propietarios, es decir,dependencia de unos pocos fabricantes.

3.2. Segunda Generacion (2G)

La 2G llego en 1990 y a diferencia de la 1G, esta se caracterizo por ser digital y porque ademas de la transmision de voz, comenzaron a transmitir datos. El sistema deprotocolos de codificacion utilizado por la 2G fueron mas sofisticados que los usadosen 1G y son empleados en los sistemas de telefonıa celular actuales. Las principalescaracterısticas de los telefonos celulares de esta generacion son:

Alta velocidad en la transmision de voz.Brinda servicios auxiliares como: transmision de datos, fax y SMS (ShortMessage Service) a limitada velocidad de transmision.Las tecnologıas predominantes de esta generacion son: GSM (GlobalSystem por Mobile Communications), IS-136 conocido tambien comoTIA/EIA136 o ANSI136, CDMA (Code Division Multiple Access), y PDC(Personal Digital Communications) desarrollada en Japon.

En Estados Unidos y en otros paıses, a la 2G tambien se le conoce como PCS (Per-sonal Communication Services).

3.2.1. Generacion 2.5G La 2.5G es un intermedio entre la 2G y la 3G, y muchosde los proveedores de los servicios de telecomunicaciones usan redes con la 2.5Gantes que 3G.


La tecnologıa 2.5G es mas rapida y mas economica que la 3G y ofrece caracterısti-cas extendidas de la 2G, como por ejemplo: GPRS (General Packet Radio System),HSCSD (High Speed Circuit Switched), EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evo-lution), IS-136B o IS-95B entre otros.

3.3. Tercera Generacion (3G)

La 3G se caracteriza por contener la transmision de voz y de datos con accesoinalambrico a Internet, es decir, es apta para aplicaciones multimedia y transmision dedatos a altas velocidades.

Los protocolos empleados en los sistemas 3G estan enfocados, ademas de latransmision de datos a altas velocidades y aplicaciones de voz, a otras aplicacionescomo audio (mp3), video en movimiento, videoconferencia y acceso rapido a internet,solo para nombrar algunos. Las redes 3G empezaron a operar en el 2001 en Japon,por la empresa NTT DoCoMo, luego en el 2002 llego a los mercados de Europa yparte de Asia, posteriormente a Estados Unidos y otros paıses.

Los principales requerimientos para esta tecnologıa incluyen:Calidad de voz comparable a la que ofrece una red telefonica publica(PSTN).Velocidades de transmision de datos de 144kb/s para usuarios en vehıcu-los en movimiento viajando a una velocidad de 120Km/h en ambientesexteriores.Velocidades de transmision de datos de 384kb/s para peatones, que seencuentren en un solo lugar o bien moviendose sobre areas pequenas.Soporte para operaciones de 2.048 Mb/s en oficinas, es decir en ambi-entes estacionarios de corto alcance o en interiores.Soporte para ambos servicios de datos conmutacion por paquetes y con-mutacion por circuitos.Una interfaz adaptada para las comunicaciones moviles de Internet., quepermita un ancho de banda mas grande para enviar informacion que pararecibir.Mayor eficiencia del espectro disponible.Soporte para una gran variedad de equipo movil.Introduccion flexible a los nuevos servicios y tecnologıas.

Los sistemas 3G han alcanzado velocidades de hasta 384 Kbps, permitiendo unavelocidad total a los usuarios, viajando a 120 kilometros por hora en ambientes ex-teriores. Se pronostica que llegara a alcanzar una velocidad maxima de 2Mbps. Enrelacion a la cantidad de usuarios que alberga la 3G, se contabilizo en el 2004 a masde 1150 millones de usuarios en el mundo, cantidad muy por encima de los 700 mil-lones que hubo en el 2000. Estas cifras han seguido aumentando desde ese entonceshasta la actualidad, y ademas de mostrarnos la gran acogida que ha tenido este ser-vicio, nos muestran tambien el gran capital invertido en la telefonıa inalambrica, loque hace que con mayor razon las companıas fabricantes de tecnologıa, ası como losproveedores de servicios de telecomunicaciones estan dispuestos a seguir invirtiendosu capital en la tecnologıa 3G.

4 TELEFONO CELULAR 9

4. Telefono celular

El telefono movil o celular, es un dispositivo de comunicacion electronico con lasmismas capacidades basicas de un telefono de lınea telefonica convencional, ademasde ser portatil es inalambrico al no requerir cables para conductores para su conexiona la red telefonica.

Figura 1: Celular

El empleo de la palabra celular referido a la telefonıa movil, deriva del hecho deque las estaciones base que enlazan vıa radio a los telefonos moviles con los contro-ladores de las estaciones base, estan dispuestas en forma de malla, formando celulaso celdas. Ası cada estacion base esta situada en un nudo de estas celdas y tiene asig-nado un grupo de frecuencias de transmision y recepcion propio. Como el numero defrecuencias es limitado, con esta disposicion es posible reutilizar las mismas frecuen-cias en otras celdas, siempre que no sean adyacentes, para evitar interferencias entreellas.

A pesar de que ambas formas: telefono movil o telefono celular, son correctas,probablemente serıa mas apropiado referirse a telefono celular antes que telefonomovil. Despues de todo, un telefono inalambrico tambien es movil, pues en el senti-do estricto de la palabra, se puede mover, en cambio, telefono celular no tiene am-biguedades. No obstante, el termino telefono movil es de empleo generalizado enEspana, mientras que telefono celular se emplea ampliamente en America Latina.

Debido a que un telefono celular debe transmitir full duplex, se disena de tal maneraque el transmisor y el receptor puedan operar simultaneamente. El receptor opera demanera similar a un radio FM comercial, con la diferencia de que la primera frecuenciaintermedia (FI) se ubica a 45 MHz, la segunda frecuencia intermedia se escoge a 455KHz como lo es usual en la recepcion de FM y AM. En cuanto a la transmision de FM,el metodo escogido para modular es el de modulacion directa por control de un VCOcon multiplicacion de frecuencia para aumentar tanto la frecuencia de portadora comoel ındice de modulacion. La desviacion de frecuencia utilizada es de 12 KHz y la bandade frecuencias de voz transmitida comprende el rango de 300 Hz a 3 KHz.

El sistema de antena y diplexor permiten la transmision y recepcion simultanea delas senales; sintetizadores de frecuencia se encargan de la modulacion de las frecuen-

5 COMPONENTES DE LA RED DE TELEFONIA MOVIL 10

cias necesarias y el microprocesador aporta la inteligencia y el control del aparato. Elmicroprocesador supervisa todas las tareas del dispositivo como el control de poten-cia radiada para preservar la carga de la baterıa, y el manejo de la pantalla y delteclado. Muchas de estas funciones estan disponibles en forma de chipsets que sefabrican para trabajar armonicamente con el fın de reducir el numero de componentesnecesarios para la implementacion del mismo.

5. Componentes de la Red de Telefonıa Movil

Los seis componentes basicos de un sistema de telefonıa movil son:Centro de Operaciones y Mantenimiento - OMCControladores de la Red de Radio - RNCEstaciones BaseInterconexiones del SistemaUnidades de Telefonıa MovilProtocolo de Comunicaciones

Figura 2: Componentes de la red de Telefonıa Movil

5.1. Centro de Operacion y Mantenimiento - OMC

Los Centros de Operacion y Mantenimiento (OMC - Operation and MaintenanceCenter), son llamados tambien Centros de Conmutacion Electronico pues funcionacomo un conmutador telefonico digital y es el corazon del sistema celular. El conmu-tador realiza las siguientes funciones esenciales:

Controla la conmutacion entre la red telefonica y las estaciones basepara todas las llamadas de alambrica a movil, movil a alambrica y demovil a movil.


Procesa informacion recibida de los controladores de la estacion baseque contiene el estado de la unidad movil.Descubrimiento de nuevas estaciones base.Mantenimiento del estado de la red (arbol topologico completo de toda lared).Configuracion de los elementos de la red.Actualizacion del software de las estaciones base.

El conmutador electronico se comunica con los controladores de sitio de celula con unenlace de datos, utilizando el protocolo X.25 y la tasa de transmision de 9.6 Kbps a fullduplex.

El software del OMC esta organizado segun el patron MVC (Model - View - Con-troller = Modelo - Vista - Controlador):

Modelo: El arbol topologico mantiene informacion de todos los elementosde la red.Vista: La interfaz de usuario permite la interaccion del operador con loselementos de la red.Controlador: El componente de gestion del arbol topologico se encargade manipular el arbol y acceder a las unidades de operaciones y man-tenimiento de los elementos de la red (estaciones base y controladoresde la red de radio).

Figura 3: Arquitectura del software del OMC con el patron de diseno MVC

Los datos del estado de la red se almacenan localmente en una base de datos porcuestiones de eficiencia, para no tener que contactar con las estaciones base cadavez que queremos algun servicio, lo que introducirıa retardos que impedirıan el usocomodo de la interfaz de usuario.


5.2. Controladores de la Red de Radio - RNC

Los controladores de la red de radio (RNC - Radio Network Controller), hacen latarea de mediadores entre las estaciones base y otras redes haciendo uso de los tran-ceptores de radio.

Los tranceptores de radio tienen una frecuencia de audio de 300 Hz a 3KHz y unadesviacion de frecuencias de +/-12KHz para alcanzar una modulacion al 100 %. Estocorresponde a un ancho de banda de 30 KHz. Cada celula contiene un transmisor ydos receptores de senales sintonizados a la misma frecuencia, el tranceptor se encar-ga de seleccionar al receptor que detecte la senal mas fuerte.

Figura 4: Interfaz grafica de usuario para gestionar los elementos de la red

5.3. Estaciones Base

Cada celula contiene una estacion base llamada tambien controlador de sitio decelula, que opera bajo la direccion del OMC y se encarga de administrar cada uno delos canales de radio en el sitio, supervisa llamadas, enciende y apaga el tranceptor,inyecta informacion a los canales de control y usuario y realiza pruebas de diagnosticoen el equipo de sitio de la celula.

Las estaciones base se reparten por amplias zonas geograficas y han de ser muyfiables para reducir el coste de su mantenimiento. Su hardware consta de multiplesCPU’s para ser capaces de procesar multiples llamadas en paralelo y evitar que elfallo de una CPU deje inoperativa a toda la estacion base.


Las estaciones de base constan de:Unidad de procesamiento de Llamadas: Tiene la funcion de restablecerlas conexiones del telefono celular con RNC, gestionar las conexionesentre los CPU’s de la estacion base y la monitorizacion de las senales.Unidad de Operaciones y Mantenimiento: Tiene la funcion de representartodos los elementos de la estacion base como un arbol, monitorizacion yconfiguracion de los elementos hardware y software de la estacion base.

Figura 5: El arbol de los elementos gestionados por la estacion base es accesibleremotamente desde el OMC para que este pueda controlar dicha estacion base

5.4. Interconexiones del Sistema

Las lıneas telefonicas terminadas a cuatro hilos se utilizan para conectar los cen-tros de conmutacion a cada uno de los sitios de la celula. Existe un circuito troncal decuatro hilos asignado para cada uno de los canales del usuario de la celula, ademas,debe haber por lo menos un circuito a cuatro hilos para conectar el conmutador a uncontrolador de sitio de celula como canal de control.

5.5. Unidades de Telefonıa Movil

Las unidades de telefonıa movil y portatil son basicamente la misma cosa, la unicadiferencia es que las unidades portatiles tienen una potencia de salida mas baja yuna antena menos eficiente. Cada unidad de telefono movil consiste de una unidad decontrol, un tranceptor de radio, una unidad logica y una antena movil.

La unidad de control contiene todas las interfaces de usuario, incluyendo un au-ricular. El tranceptor de radio utiliza un sintetizador de frecuencias para sintonizar


Figura 6: Arquitectura del hardware de la Estacion Base

cualquier canal del sistema celular asignado. La unidad logica interrumpe las accionesdel usuario y los comandos del sistema y maneja al tranceptor y a las unidades decontrol.

5.6. Protocolo de Comunicaciones

El protocolo de comunicaciones es quien gobierna la manera en que se estableceuna llamada telefonica. Los protocolos celulares difieren entre paıses, por ejemplo,en estados Unidos se utiliza el estandar del Servicio de Telefonıa Avanzado (AMPS),mientras que en Canada se utiliza el sistema AURORA 80B. Cada paıs europeo tienesu propio estandar; el Sistema de Comunicaciones de Acceso Total (TACS) se usaen el Reino Unido, NMT o sistema nordico en los paıses escandinavos, RC2000 enFrancia, NETZ C-450 en Alemania, y NTT es el estandar japones para la telefonıacelular.

5.7. Funcionamiento de la Telefonıa Movil

El concepto basico de radio celular es muy sencillo: cada area se divide en celdas(celulas) hexagonales que se unen formando un patron de panal. Se eligio la formade hexagono porque proporciona la transmision mas efectiva aproximada a un patroncircular, y porque elimina los espacios presentes entre los cırculos adyacentes.

Una celula se define por su tamano fısico, por el tamano de su poblacion y por


Figura 7: Arquitectura del software de la Estacion Base

patrones de trafico. El numero de celulas lo define el proveedor y lo establece deacuerdo a los patrones nombrados. Cada area geografica del servicio movil se dis-tribuye en 666 canales de radio celular. Hay una red de radio de FM que cubre unconjunto de areas geograficas (celulas), dentro de las cuales, los telefonos celularesse pueden comunicar. La red de radio se define por un conjunto de tranceptores deradio frecuencia, ubicados en el centro fısico de cada celula, las ubicaciones de estostranceptores de radio frecuencia se llaman Estaciones Base.

Una Estacion Base sirve para el control central de todos los usuarios dentro deesa celula. Las unidades moviles se comunican directamente con la estacion base,la cual sirve como una estacion retransmisora de alta potencia. Las unidades movilestransmiten a la estacion base y esta emite esas transmisiones a una potencia may-or, logrando mejorar la calidad de la transmision, pero sin incrementar la capacidadde canales dentro del ancho de banda fijo de la red. Debido a que las estacionesestan distribuidas sobre un area de cobertura del sistema y se administran, tambiense controlan por un controlador de sitio de celulas computarizado que maneja un con-trol del sitio de celula y funciones de conmutacion. El conmutador se llama Oficina deConmutacion de Telefonıa Movil (MTSO). La funcion de MTSO es controlar el proce-samiento y establecimiento de llamadas ası como la realizacion de llamadas, lo cualincluye senalizacion, supervision, conmutacion y distribucion de los canales de radiofrecuencia. MTSO, tambien proporciona una administracion centralizada y el manten-imiento crıtico para toda la red e interfaces con la Red de Telefonıa Publica Conmu-tada. (PTSN), asimismo, acordar las instalaciones de transmision de voz con lıneasalambricas y servicios de telefonıa con lıneas alambricas convencionales.

Un MTSO se conoce por diferentes nombres, dependiendo del fabricante y la con-


figuracion del sistema. MTSO (Oficina de conmutacion de Telefonıa movil), fue el nom-bre dado por los laboratorios Bell; EMX (Intercambio Movil Electronico) por Motorola;AEX por Ericson, NEAX por NEC; SMC (Centro de conmutacion Movil) y MMC (CentroMovil Maestro), por Novatel.

Cada area geografica o celula generalmente puede albergar hasta 70 canales difer-entes de usuario a la vez. Dentro de una celula cada canal pude soportar solo unusuario de telefonıa movil a la vez. Los canales estan asignados de manera dinamicay dedicada a un solo usuario por la duracion de la llamada y cualquier usuario puedeser asignado a cualquier canal de usuario, a esto se le llama reutilizacion de la fre-cuencia, y permite que un sistema de telefonıa celular, en un area sencilla manejeconsiderablemente mas de los 666 canales disponibles.

Figura 8: (a) Las frecuencias no se reutilizan en celdas adyacentes. (b) Para anadirmas usuarios se pueden usar celdas mas pequenas

Conforme se va alejando un telefono movil de un tranceptor, la intensidad de lasenal recibida comienza a disminuir. La potencia de salida de las unidades movilesse controla mediante la estacion base, por la transmision de comandos up/down, losque dependen de la intensidad de la senal que esten recibiendo en el momento dela transmision. Cuando la intensidad de la senal disminuye por debajo de un nivel deumbral predeterminado, el centro de conmutacion electronico localiza la celula en elpanal que esta recibiendo la senal mas fuerte de la unidad y transfiere de la unidadmovil al tranceptor en la nueva celula. La transferencia incluye convertir la llamada auna frecuencia disponible dentro del subconjunto de canales distribuidos en la nuevacelula, a este tipo de transferencias se las llama call handover”, y es completamentetransparente al usuario, quien ni siquiera sabe que su servicio ha sido conmutado. Latransferencia call handover”toma aproximadamente 0.2 segundos, tiempo impercepti-ble para la transferencia de voz, sin embargo, un retardo de este orden lleva a muchos

6 PROCESAMIENTO DE LLAMADAS 17

inconvenientes en una transferencia de datos.

Figura 9: Transferencia call handover”

6. Procesamiento de Llamadas

Una llamada telefonica sobre una red celular requiere del uso de dos canales devoz full duplex al mismo tiempo, uno se llama canal de usuario y el otro, el canal decontrol. La estacion base transmite y recibe, y se llama canal de control directo y canalde voz directo, y la unidad movil transmite y recibe con el control y los canales de vozdiversos.

La conclusion de una llamada dentro de un sistema de radio celular es muy similara la de telefonıa publica conmutada. Cuando una unidad movil se enciende, realizauna serie de procedimientos de arranque y despues prueba la intensidad de la senalrecibida en todos los canales de usuario prescritos. La unidad movil automaticamentese sintoniza al canal con la intensidad de la senal de recepcion mas fuerte y se sin-croniza para controlar la informacion transmitida por el controlador de sitio de celula. Launidad movil interpreta la informacion y continua monitoreando los canales de control,rastreando los canales periodicamente para asegurarse que esta utilizando el mejorcanal de control.

Dentro de un sistema celular, las llamadas se pueden realizar entre una lınea com-partida y un telefono movil o entre dos telefonos moviles.

6.1. Llamada de lınea fija a movil

El centro de conmutacion de un sistema celular, OMC, recibe una llamada deuna lınea compartida a traves de una lınea interconectada dedicada, desde la red

6 PROCESAMIENTO DE LLAMADAS 18

telefonica publica conmutada. El conmutador traslada los dıgitos marcados y determi-na si la unidad movil, a la cual la llamada esta destinada, esta colgada o descolgada(ocupada).

Si la unidad movil esta disponible, el conmutador vocea al usuario del movil. Sigu-iendo una respuesta de voceo de la unidad movil, el conmutador asigna un canal des-ocupado e instruye a la unidad movil que se sintonice en ese canal. La unidad movilenvıa una verificacion de la sintonizacion del canal por medio del controlador en el desitio de celula y despues envıa un tono de progreso de llamada al telefono movil delsuscriptor, causando que este suene. El conmutador termina los tonos de progreso,cuando recibe la indicacion positiva que el suscriptor ha contestado el telefono y laconversacion entre dos personas comienza.

6.2. Llamada de movil a lınea fija

Un usuario del movil celular que desea llamar a una lınea compartida, primero in-troduce el numero que desea llamar en la memoria de la unidad, usando los botonesde tono o de pulso en la unidad del telefono movil. El usuario, entonces oprime latecla para enviar, la cual transmite el numero marcado, ası como su numero de iden-tificacion movil al conmutador en el OMC. Si el numero de identificacion es valido, elconmutador rutea la llamada sobre una interconexion de lınea terminada a la Red deTelefonıa Convencional (RTC), lo cual termina la conexion a la lınea compartida.

El conmutador asigna a la unidad movil que sintonice el canal que le dara laconexion a la lınea compartida. Despues de que el conmutador verifica que la unidadmovil esta sintonizada al canal asignado, el usuario del movil celular recibe un tonode llamada en progreso, audible, del conmutador. Despues que la persona a la que sellamo levanta el telefono, el conmutador termina los tonos de llamada en progreso y laconversacion puede comenzar.

6.3. Llamadas de movil a movil

Para originar una llamada a otra unidad movil, el usuario que realiza la llamadaintroduce el numero marcado en la memoria de la unidad, por medio del teclado enel dispositivo de telefono y despues oprime la tecla enviar. El conmutador recibe elnumero de identificacion del que llama y el numero marcado y despues determina si launidad llamada esta libre para recibir una llamada. El conmutador envıa un comandode voceo a todos los controladores de sitio de celula y el que es el buscado recibe unllamado. Despues de un voceo positivo del que fue llamado, el conmutador asigna acada uno, un canal de usuario desocupado y les instruye que se sintonicen a su canalrespectivo. Entonces el telefono del que se esta llamando suena.

Cuando el sistema recibe una noticia de que el que fue llamado ha contestado eltelefono, el conmutador termina el tono de llamada progresiva y la conversacion puedecomenzar entre las dos unidades.

7 PROBLEMAS CON LOS TELEFONOS CELULARES 19

Figura 10: Establecimiento de Llamada de movil a fijo

Si un usuario de movil celular desea iniciar una llamada y los canales de usuarioestan ocupados, el conmutador envıa un comando de reintento instruyendo al suscrip-tor que vuelva a intentar la llamada por medio de una celula vecina. Si el sistema nopuede distribuir un canal de usuario por medio de la celula vecina, el conmutador trans-mite un mensaje de intercepcion a la unidad movil que esta llamando por medio delcanal de control. Cada vez que esta llamando a un suscriptor movil que esta ocupado,el que llama recibe una senal de ocupado. Ademas, si el numero que se esta marcan-do no es valido, el sistema envıa un mensaje grabado por medio del canal de controlo proporciona un aviso de que la llamada no puede procesarse.

7. Problemas con los Telefonos Celulares

Como el caso de los telefonos inalambricos, los telefonos celulares tienen variasdesventajas, desventajas que no son necesariamente defectos o fallas en el disenode un telefono celular, sino que solo son parte de la naturaleza del producto. En lamayorıa de los casos, estas desventajas tienen que ver con en enlace de radio entreel telefono celular y una estacion de celda. Los problemas de los telefonos celularespueden agruparse en cuatro categorıas fundamentales:

7.1. Perdidas de Senal

Un problema inherente a las senales de radio en la gama de 800 a 900 MHz (ban-da de comunicaciones celulares) es que las senales tienden a moverse solo en lıneasrectas a partir de su antena. Dichas ondas de radio de alta frecuencia son debilitadaso atenuadas por la humedad de la atmosfera, reflejada por edificios y superficies lisastales como agua y pueden ser bloqueadas completamente por obstaculos geograficosgrandes como montanas y colinas.


Cuando su telefono celular esta en movimiento, la intensidad de la senal recibi-da puede disminuir lo suficiente en algunos casos como para causar interrupcionesbreves de la senal recibida. Casos mas severos pueden impedir que su senal trans-mitida llegue a la estacion de celda. Observara estas perdidas de senal como pausasrepentinas en la recepcion. Podrıa haber sido una o dos pausas breves, o una seriede pausas de duracion variables, dependiendo de la severidad de la circunstancia.

Otra causa comun de la perdida de la senal ocurre cuando uno se aproxima a le re-gion fronteriza de un area de servicio en la que no halla otras estaciones que aceptenla transferencia de su conversacion. Experimentara un debilitamiento gradual de lasenal hasta que comiencen perdidas breves de la senal. Las perdidas de senal empe-oraran hasta que quede completamente desconectado. Los controles de la estacionde celdas generalmente estan disenados para pasar por alto perdidas menores desenal sin interrumpir su conversacion. Sin embargo, perdidas continuas o prolongadasde la senal pueden hacer que la estacion de celda lo desconecte.

7.2. Zonas Muertas

En principio, las zonas muertas ocurren por las mismas razones generales que lasperdidas de senal, aunque el area de cobertura debil se presenta a escala muchomayor. La perdida de las senales recibidas puede ser tanto tiempo que la estacionde celdas interpreta la perdida de senal como haber colgado. La estacion de celdaresponde dejando libre el canal perdido, resignando los canales segun lo necesitenotras llamadas.

Areas con colinas, montanas o urbes densas, a menudo experimentan zonas muer-tas. Las senales son absorbidas o reflejadas; evitando que las ondas de radio sepropaguen hasta el area deseada. Algunas veces una zona muerta puede eliminarsecambiando la localizacion de la estacion de celda dividiendo la celda para anadir esta-ciones adicionales que cubran adecuadamente el area afectada.

7.3. Problemas de Baterıas

Los telefonos celulares son alimentados por paquetes de baterıas recargables deNiCad (Nıquel/Cadmio) y aunque sean un metodo conveniente y efectivo para alimen-tar el telefono celular, tienen varias desventajas a saber.

En primer lugar, las baterıas de NiCad tienen una densidad de energıa algo menora las baterıas no recargables; puesto que su densidad de energıa es relativamentebaja, las baterıas de esta clase no son muy adecuadas para proporcionar energıa acargas grandes, o a cargas aplicadas por perıodos prolongados, si es que no son re-cargadas. De hecho, las baterias de NiCad terminan descargandose por completo porel solo hecho de dejarlas guardadas a menos que reciban una carga lenta o reservaconstante.

Aunque los materiales y la construccion de las baterıas de NiCad se han perfec-


cionado y se cuenta con circuitos integrados refinados que han disminuido el consumototal de energıa de las celdas de NiCad, no debe esperar mas de unas cuantas horasde servicio de un paquete de baterıas de NiCad antes que requieran un recargado.Afortunadamente, pocas llamadas duran tanto tiempo y es conveniente mantener altelefono celular en una estacion de carga cuando no se usa.

Las baterıas de NiCad tambien pueden presentar problemas cuando se descar-guen regularmente hasta los mismos niveles y luego se recarguen, esto puede originarque las baterıas generen ”memoria”, es decir, que las baterıas comiencen a funcionarcorrectamente solo hasta el punto en el que normalmente se descargan, si las baterıasno tendrıan la cantidad de energıa requerida, aun siendo la suficiente, el telefono celu-lar no funcionarıa.

Las baterıas de NiCad tambien pueden dejar de funcionar simplemente por des-gaste normal pues la carga y descarga constante pueden originar tensiones fısicasen la baterıa que con el tiempo pueden hacer que deje de servir y sea incapaz demantener una carga apreciable y cuando esto ocurre, el paquete de baterıas debereemplazarse.

Actualmente se han desarrollado nuevas baterıa como las de nıquel/metal queposeen muchas mejoras con respecto a las anteriormente mencionadas; mayor ca-pacidad y ausencia de ”memoria”son algunas de ellas. El desarrollo de baterıas parael uso de celulares sigue en marcha y la comercializacion de las nuevas: litio/ion esuna muestra de ello.

7.4. Intimidad

El enlace entre un telefono celular y la estacion de celda mas cercana esta com-puesto por ondas electromagneticas publicas. En consecuencia, cualquier personacon un receptor sintonizado ya sea a su canal de frecuencia de transmision o recep-cion podra oır por lo menos la mitad de la conversacion que ocupa ese canal. Latransmision y recepcion se realizan a dos frecuencias diferentes y, por consiguiente,un oyente secreto no puede escuchar ambas partes de una conversacion simultanea-mente.

Este es un gran problema para personas preocupadas por su intimidad. Sin embar-go, ni siquiera el receptor mas refinado puede recibir senales mas alla de la capacidadde su telefono para transmitir. Los telefonos celulares tıpicamente tienen un alcancede varios kilometros, por lo que un oyente secreto tendrıa que estar cerca para poderoırlo con claridad, ademas, cuando un telefono celular esta en movimiento, ocurre uncambio en los canales de conversacion cuando se realiza la transferencia entre cel-das. Un oyente secreto tendrıa que seguirlo y poder buscar entre los 666 canales elcorrespondiente a la conversacion, lo que representa un procedimiento practicamenteimposible incluso para los profesionales expertos en radio.

Para evitar la remota posibilidad de ser escuchados secretamente por medio elec-

8 ACCESO MULTIPLE POR DIVISION DE CODIGO-(CDMA) 22

tronicos, una nueva generacion de accesorios de telefonos celulares emplea proce-samiento digital de senales y tecnicas de compresion para codificar la voz transmitiday decodificar la voz recibida en el telefono destino. La persona que llama del otro ex-tremo de la conversacion, tambien debe tener un acceso similar con el mismo patronde seguridad. Cualquier senal de voz transmitida por ondas electromagneticas publi-cas estarıa codificada y serıa ininteligible para cualquier persona que pudiera estarescuchando sin un decodificador codificado correctamente

8. Acceso multiple por division de codigo-(CDMA)

CDMA usa una tecnologıa de espectro ensanchado, es decir, la informacion se ex-tiende sobre un ancho de banda muyo mayor que el original, conteniendo una senal(codigo ) para su identificacion. Una llamada CDMA empieza con una transmision a9600 bits por segundo. Entonces la senal es ensanchada para ser transmitida a 1.23Mega bits por segundo aproximadamente. El ensanchamiento implica que un codigodigital concreto se aplica a la senal generada por un usuario en una celula. Posterior-mente la senal ensanchada es transmitida junto con el resto de senales generadas porotros usuarios, usando el mismo ancho de banda. Cuando las senales se reciben, lassenales de los distintos usuarios se separan haciendo uso de los codigos distintivos yse devuelven las distintas llamadas a una velocidad de 9600 bps.

Los usos tradicionales del espectro ensanchado son militares debido a que unasenal ensanchada es muy difıcil de bloquear, de interferir y de identificar. Esto esası porque la potencia de estas senales esta distribuida en un gran ancho de banday solo aparecen como un ruido ligero. Lo contrario ocurre con el resto de tecnologıasque concentran la potencia de la senal en un ancho de banda estrecho, facilmentedetectable.

8.1. El Estandar Celular CDMA

Con CDMA, para diferenciar a los distintos usuarios, en lugar de frecuencias sep-aradas se usan codigos digitales unicos. Los codigos son conocidos tanto por laestacion movil (telefono celular) como por la estacion base, y se llaman ”Secuenciasde Codigo Pseudo-Aleatorio”. Por lo tanto todos los usuarios comparten el mismorango del espectro radioelectrico. En telefonıa celular, CDMA es una tecnica de acce-so multiple digital especificada por la Asociacion de Industria de Telecomunicaciones(TIA) como ”IS-95.”La TIA aprobo el estandar CDMA IS - 95 en julio de 1993. Los sis-temas IS-95 dividen el espectro radioelectrico en portadoras de 1.25 MHz de anchode banda.

Globalstar utiliza una version de la tecnologıa CDMA (Code Division Multiple Ac-cess), basada en el estandar CDMA IS-95, para proporcionar servicios de alta calidad,fax, datos y voz. Este estandar parte de los metodos de transmision digital patentadospor QUALCOMM en los cuales los usuarios comparten tanto tiempo como frecuencia.Cada uno de ellos posee una funcion de codigo que solo debe conocer el dueno y losusuarios autorizados para recibir informacion.

8 ACCESO MULTIPLE POR DIVISION DE CODIGO-(CDMA) 23

Esta funcion de codigo consiste en un pseudo-ruido (PN) o codigo digital com-puesto de chips”(cada bit independiente dentro del codigo PN). El codigo se anade ala informacion y es modulado con la portadora. Un codigo PN identico se utiliza en elreceptor para comparar ambas senales. Las funciones PN son ortogonales entre sı ysu correlacion cruzada en la practica es muy baja con los cual senales que ocupan elmismo ancho de banda con distinta funcion de codigo pueden transmitirse simultanea-mente sin interferirse (diversidad en codigos).

El receptor compara el conjunto de senales recibidas con la misma funcion. Ası lassenales son separadas, aceptando unicamente la energıa de la senal procedente delcircuito deseado. Las senales no deseadas se ignoran, siendo procesadas como ruido.La inmunidad al ruido se garantiza gracias al ensanchado de espectro de la senal deinformacion mediante su codigo PN. Para transmitir la informacion se utiliza un anchode banda mucho mayor del necesario con lo cual el sistema CDMA puede rechazarlas senales interferentes en entornos de mucho ruido. IS-95 se basa en este esquemapara permitir a varios usuarios compartir el mismo canal de transmision. CDMA pro-porciona un aumento de capacidad si lo comparamos con FDMA (Frequency DivisionMultiple Access) aunque tambien utiliza mayores bandas de frecuencia.

Por otro lado CDMA permite que se exceda el lımite de capacidad predicho con solouna ligera degradacion de la comunicacion (esto es ası porque el lımite en capacidadde CDMA viene dado por la interferencia creada en el propio sistema) mientras queTDMA y FDMA son sistemas limitados en ancho de banda. Globalstar ha adaptadoesta combinacion de FDMA con CDMA y modulacion de espectro ensanchado quelo capacita para dar servicio a multiples usuarios simultaneamente y compartir susbandas de frecuencias con otros sistemas CDMA. Todo esto combinado con la diver-sidad de caminos ofrecida por la variedad de satelites da lugar a una mayor calidadde las llamadas y menos caıdas durante el hand off entre satelites. La velocidad delcanal basico de usuario es de 9.6 kb/s. Esto es extendido a un velocidad del canal dechips”de 1.2288 Mchips/s (con un factor de ensanchado total de 128) utilizando unacombinacion de tecnicas. Las senales de espectro ensanchado transmitidas por ungateway se denominan canales CDMA forward (de ida) y las senales que reciba iranencapsuladas en canales CDMA return (de vuelta).

Este metodo de acceso multiple ofrece capacidad de canal adicional, mayor cali-dad de la transmision y seguridad en el enlace, codificacion con correccion de erroresy menores requerimientos de potencia en la transmision. Las frecuencias son reuti-lizables y gracias a la diversidad en bandas se mitiga el efecto multicamino. Por otrolado en CDMA no se requiere un protocolo especial para la integracion de trafico depaquetes o circuitos. Sin embargo la complejidad del sistema es mayor, ası como loscostes.

8.2. Ventajas de CDMA

Las ventajas que ofrece CDMA son:

9 ACCESO MULTIPLE POR DIVISION DE TIEMPO-(TDMA) 24

La capacidad aumenta de 8 a 10 veces respecto al sistema AMPS y de4 a 5 veces respecto de GSMMejor calidad de llamada con sonidos mas claros y elimina los efectosaudibles de fanding (atenuacion) multitrayectoMejora el trafico telefonico, reduciendo el numero de lugares necesariospara soportar cualquier nivel de trafico telefonico.Sistema simplificado que usa la misma frecuencia en cada sector decada celulaDisminucion de las necesidades en despliegue y costos de funcionamien-to debido a que se necesitan muy pocas ubicaciones de celdasDisminucion de la potencia media transmitidaBajo consumo de energıa lo cual ofrece mayor tiempo de conversacionpermitiendo baterıas mas pequenas y livianas.Mejora las caracterısticas de cobertura

Figura 11: Evolucion de las diferentes Tecnologıas

9. Acceso multiple por division de tiempo-(TDMA)

9.1. Descripcion

Esta tecnologıa inalambrica de segunda generacion brinda servicios de alta cal-idad de voz y datos. Trata con datos puramente digitalizados, por lo que requierecodecs (codificador/decodificador) para la transmision de voz. Tiene un solo canalde radiofrecuencia sin interferencia, asignando ranuras de tiempo (timeslots) unicas acada usuario dentro de cada canal.

TDMA multiplexa tres senales sobre un solo canal, el estandar actual para celulardivide un solo canal en seis ranuras de tiempo, con cada senal usando dos ranuras,incrementando el servicio un 3 a 1 de telefonıa movil. No desperdicia el canal, ya quese le asigna una ranura a cada usuario, en el momento especıfico de la transmision.


Canal

Ranuras de tiempo (time-slots)

Canal

Figura 12: Division en ranuras de tiempo (timeslots) del TDMA

9.2. Modo de transmision

Para ilustrar el proceso, consideramos: cuatro diferentes canales y ocurrencia si-multanea de las conversaciones.

Un solo canal puede llevar las cuatro conversaciones si cada conversacion se di-vide en fragmentos relativamente cortos, se asigna una ranura de tiempo, y se trans-mite en explosiones sincronizadas sincronizadas. Despues de que la conversacion enel time-slot cuatro se transmita, se repite el proceso.

Conversaciones (por canal de 4 ranuras)

Ana tuvo un pequeño resfrío

Hoy todos fueron a la reunión

Mañana son las clases complementarias

Carlos no quiso ir al médico

A

B

C

D

Figura 13: Modo de funcionamiento

Con eficacia, las puestas en practica IS-54 e IS-136 de TDMA triplicaron inmedi-atamente la capacidad de frecuencias celulares dividiendo un canal 30-kHz en tresranuras de tiempo, permitiendo a tres diversos usuarios ocuparlo al mismo tiempo. Ac-tualmente, los sistemas estan en lugar que permiten capacidad de seis veces. En el


futuro, con la utilizacion de las celulas jerarquicas, antenas inteligentes, y asignacionadaptante del canal, la capacidad debe acercar a capacidad del analogo de 40 veces.

Canal compartido de 4 ranuras

Ranura 1 Ranura 2 Ranura 3 Ranura 4

Ana tuvo un Hoy todos Mañana son Carlos no

Figura 14: Transferencia de datos por cortos de tiempo

9.3. TDMA mejorado

TDMA mejoro substancialmente la eficacia del celular analogo. Sin embargo, comoFDMA, tenıa la debilidad que perdio anchura de banda: la ranura de tiempo era asig-nada a una conversacion especıfica, sino cualquier persona hablaba en ese momento.Hughes’ realzo la version de las nuevas necesidades ampliadas en el TDMA: ETDMApara corregir este problema.

En vez de esperar si un usuario deseaba transmitir, ETDMA asignaba a sus suscrip-tores dinamicamente.

ETDMA envıa datos con esas pausas que el discurso normal contenga. Cuando lossuscriptores tienen algo que transmitir, agregan un bit en la coleta del almacenadorintermediario. El sistema explora el almacenador intermediario, nota que el usuariotiene algo que transmitir, y asigna anchura de banda por consiguiente. Si un suscriptorno tiene nada que transmitir, la coleta va simplemente al suscriptor siguiente. Ası pues,en vez arbitrariamente de ser asignado, el tiempo se asigna segun necesidad. Si lossocios en una conversacion de telefono no hablan sobre una otra, esta tecnica puedela eficacia espectral casi doble de TDMA, haciendo te casi 10 veces mas eficientesque la transmision analoga.

9.4. Ventajas especıficas

Economiza en anchura de banda.Permite la integracion facil con los dispositivos personales de los sis-temas de comunicacion (PC).Mantiene la calidad superior de las largas distancias del excedente de latransmision de voz.Es difıcil descifrar.Puede utilizar una energıa media mas baja del transmisor.Permite receptores y transmisores individuales mas pequenos y menoscostosos.Ofrece aislamiento de la voz.


Figura 15: Estructura del TDMA

Puede ser adaptado facilmente a la transmision de datos ası como lacomunicacion de voz.TDMA ofrece la capacidad de llevar ındices de datos de 64 kbps a 120Mbps (extensible en multiplos de 64 kbps).Permite a operadores ofrecer: fax, servicios de mensaje cortos (SMSs)ası como usos banda ancha intensivos tales como: multimedia y video-conferencia.TDMA es la tecnologıa mas rentable para aumentar un sistema analogoactual a digital.

9.5. Desventajas

Cada usuario tiene una ranura de tiempo predefinido entonces los usuar-ios que vagan a partir de una celula a otra, pueden ocupar una ranura detiempo en la celula siguiente, luego, se desconecta una llamada entrante.Si todas las ranuras de tiempo en la celula en la cual un usuario esta den-tro, se ocupan ya, un usuario no recibira senal para marcar.Esta sujeto a la distorsion multidireccional.

9.6. Sistema Global para las Comunicaciones Moviles

Existen varios estandares digitales basados en TDMA, tal como la GSM.El estandar GSM fue creado por la CEPT (Conferencia Europea de Administracionesde Correos y Telecomunicaciones) y posteriormente desarrollado por ETSI (Institutode Estandares de Telecomunicacion Europeos) como un estandar para los telefonos

10 DIFERENCIAS ENTRE CDMA Y TDMA 28

Figura 16: Interferencia de comunicacion

moviles europeos, con la intencion de desarrollar una normativa que fuera adoptadamundialmente. El estandar es abierto, no propietario y evolutivo (aun en desarrollo).Es el estandar predominante en Europa, ası como el mayoritario en el resto del mundo(alrededor del 70 % de los usuarios de telefonos moviles del mundo en 2001 usabanGSM).

GSM difiere de sus antecesores principalmente en que tanto los canales de vozcomo las senales son digitales. Se ha disenado ası para un moderado nivel de seguri-dad.

10. Diferencias entre CDMA y TDMA

Desde la introduccion de CDMA en 1989, el mundo sin hilos ha sido ocupado porun discusion sobre los meritos relativos del discusion de TDMA y de CDMA-a que fer-vor hace evocador, ocasionalmente, de un discusion religioso. Los autores de CDMAhan demandado eficacia de la anchura de banda de hasta 13 veces que de TDMAy entre 20 a 40 veces que de la transmision analoga. Por otra parte, observan quesu tecnologıa del separar-espectro es ambas mas seguras y ofrece una calidad detransmision mas alta que TDMA debido a su resistencia creciente a la distorsion mul-tidireccional. Los defensores de TDMA, por otra parte, precisan que hasta la fechano ha habido ensayo importante acertado de la tecnologıa de CDMA que apoyen lasdemandas de la capacidad. Por otra parte, precisan que las mejoras teoricas en la efi-cacia de la anchura de banda demandada para CDMA ahora estan siendo acercadaspor realces a la tecnologıa de TDMA. La evolucion de TDMA permitiran aumentos dela capacidad de 20 a 40 pliegan analogo en un futuro proximo. Esto combinada con latecnologıa sumamente mas costosa necesito para las llamadas de CDMA ($300.000por la estacion baja comparada con $80.000 para TDMA) en la pregunta que ahorrosverdaderos la tecnologıa de CDMA puede ofrecer. Hasta ahora, IS-136 TDMA es ellıder probado como la trayectoria digital mas economica de la migracion para una redexistente de los amperios. Todavıa carecemos la palabra final en este discusion. Sin

11 SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL 29

Figura 17: Estacion base GSM

embargo, se parece claro que para el futuro cercano por lo menos, TDMA seguira sien-do la tecnologıa dominante en el mercado sin hilos.

11. Sistema de posicionamiento global

11.1. Descripcion

Su nombre mas correcto es NAVSTAR GPS) es un Sistema Global de Navegacionpor Satelite (GNSS) el cual permite determinar en todo el mundo la posicion de unapersona, un vehıculo o una nave, con una precision de entre cuatro metros y quincemetros. El sistema fue desarrollado e instalado, y actualmente es operado, por el De-partamento de Defensa de los Estados Unidos.

El GPS funciona mediante una red de satelites que se encuentran orbitando alrede-dor de la tierra. Cuando se desea determinar la posicion, el aparato que se utiliza paraello localiza automaticamente como mınimo cuatro satelites de la red, de los que recibeunas senales indicando la posicion y el reloj de cada uno de ellos. En base a estassenales, el aparato sincroniza el reloj del GPS y calcula el retraso de las senales, esdecir, la distancia al satelite. Por ”triangulacioncalcula la posicion en que este se en-cuentra. La triangulacion en el caso del GPS, a diferencia del caso 2-D que consiste enaveriguar el angulo respecto de puntos conocidos, se basa en determinar la distanciade cada satelite respecto al punto de medicion. Conocidas las distancias, se deter-mina facilmente la propia posicion relativa respecto a los tres satelites. Conociendo

11 SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL 30

ademas las coordenadas o posicion de cada uno de ellos por la senal que emiten, seobtiene la posicion absoluta o coordenadas reales del punto de medicion. Tambien seconsigue una exactitud extrema en el reloj del GPS, similar a la de los relojes atomicosque desde tierra sincronizan a los satelites.

Figura 18: ”Triangulacion” de satelites

11.2. Elementos

Sistema de satelites: Formado por 24 unidades con trayectorias sin-cronizadas para cubrir toda la superficie del globo. Mas concretamente,repartidos en 6 planos orbitales de 4 satelites cada uno. La energıaelectrica que requieren para su funcionamiento la adquieren a partir dedos paneles compuestos de celdas solares adosadas a sus costados.Estaciones terrestres: Envıan informacion de control a los satelites paracontrolar las orbitas y realizar el mantenimiento de toda la constelacion.Terminales receptores: que nos indica la posicion en la que estamos,conocidas tambien como Unidades GPS, son las que podemos adquiriren las tiendas especializadas.

11.3. Ventajas

Debido al caracter militar del sistema GPS, el Departamento de Defensade los Estados Unidos se reserva la posibilidad de incluir un cierto gradode error aleatorio que puede variar de los 15 a los 100 metros. La llamadaDisponibilidad selectiva (S/A) fue eliminada el 2 de mayo de 2000.Aunque actualmente no aplique tal error inducido, la precision intrınsecadel sistema GPS depende del numero de satelites visibles en un momen-to y posicion determinados. Sin aplicar ningun tipo de correccion y conocho satelites a la vista, la precision es de 6 a 15 metros; pero puedeobtenerse mas precision usando sistemas de correccion (Ej: DGPS).

12 BLUETOOTH 31

11.4. Desventajas

Retraso de la senal en la ionosfera y troposfera.Senal multirruta, producida por el rebote de la senal en edificios y mon-tanas cercanos.Errores de orbitales, donde los datos de la orbita del satelite no son com-pletamente precisos.Numero de satelites visibles.Geometrıa de los satelites visibles.Errores locales en el reloj del GPS.

11.5. Aplicaciones

Navegacion terrestre, marıtima y aerea. Bastantes lo incorporan en laactualidad, siendo de especial para encontrar direcciones o indicar lasituacion a la .Topografıa y geodesia. Localizacion agrıcola (agricultura de precision).Salvamento.Deportes y ocio.Para enfermos y discapacitados.Aplicaciones cientıficas en trabajos de campo.Actividad consistente en buscar ”tesoros.escondidos por otros usuarios.Se lo utiliza para el desarrollo de

12. Bluetooth

12.1. Descripcion

Es la norma que define un estandar global de comunicacion inalambrica para:transmision de voz y datos. (mediante un enlace por radiofrecuencia)

Los principales objetivos que se pretende conseguir con esta norma son:Facilitar las comunicaciones entre equipos moviles y fijos.Eliminar cables y conectores entre estos.Ofrecer la posibilidad de crear pequenas redes inalambricas y facilitar lasincronizacion de datos entre nuestros equipos personales.

La tecnologıa Bluetooth comprende hardware, software. Su desarrollo ha sido nece-sario con la participacion de los principales fabricantes de los sectores de las teleco-municaciones y la informatica, tales como:

EricssonNokiaMotorolaToshibaIBMIntel

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Posteriormente se han ido incorporando muchas mas companıas, y se preve queproximamente lo hagan tambien empresas de sectores tan variados como automa-tizacion industrial, maquinaria, ocio y entretenimiento, fabricantes de juguetes, elec-trodomesticos, etc., con lo que en poco tiempo se nos presentara un panorama detotal conectividad de nuestros aparatos tanto en casa como en el trabajo.

Bluetooth proporciona una vıa de interconexion inalambrica entre diversos aparatosque tengan dentro de sı esta tecnologıa, como moviles (Nokia 6600), consolas (NokiaN-Gage), ordenadores de mano (Palm, Pocket PC), camaras, ordenadores portatiles,impresoras y simplemente cualquier cosa que a un fabricante le de por colocarle Blue-tooth, usando por supuesto una conexion segura de radio de muy corto alcance. Elalcance que logran tener estos dispositivos es de 10 metros. Para mejorar la comuni-cacion es recomendable que nada fısico (como una pared) se interponga.

El primer objetivo para los productos Bluetooth de primera generacion eran losentornos de la gente de negocios que viaja frecuentemente. Esto originaba una seriede cuestiones previas que deberıan solucionarse tales como:

El sistema deberıa operar en todo el mundo.El emisor de radio debera consumir poca energıa, ya que debe integrarseen equipos alimentados por baterıas.La conexion debera soportar voz y datos, y por lo tanto aplicaciones mul-timedia.

12.2. Historia del Bluetooth

El nombre procede del rey danes y noruego Harald Blatand cuya traduccion alingles serıa Harold Bluetooth (Diente Azul), conocido por unificar las tribus noruegas,suecas y danesas.De la misma manera, Bluetooth intenta unir diferentes tecnologıascomo las de los ordenadores, los telefonos moviles y el resto de perifericos. El sımbolode Bluetooth es la union de las runas nordicas H y B.

En 1994, Ericsson inicio un estudio para investigar la viabilidad de una nueva in-terfaz de bajo costo y consumo para la interconexion vıa radio (eliminando ası cables)entre dispositivos como telefonos moviles y otros accesorios.

SIG (Special Interest Group)Es un grupo de companıas que trabajan juntas para desarrollar, promover, definir

y publicar las especificaciones de esta tecnologıa inalambrica a corta distancia parala conexion entre dispositivos moviles, ası como gestionar los programas de calidadpara que los usuarios disfruten de mas prestaciones. Este grupo se fundo en febrerode 1998 por estos promotores:

Ericsson Mobile Communications AB.Intel Corporation.IBM Corporation.Toshiba Corporation.Nokia Mobile Phones.

En mayo del mismo ano, se invito a otras companıas para participar en el grupo, publi-cando la version 1.0 de las especificaciones Bluetooth en julio de 1999. En diciembre,el nucleo inicial de promotores admitio a otras cuatro grandes companıas:

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Microsoft.Lucent.3COM.Motorola.

Al ser partıcipes del SIG, las companıas pueden dotar de Bluetooth a sus productoscon la garantıa que ofrece el pertenecer al grupo y conocer las especificaciones tecni-cas de la tecnologıa, ademas de poder utilizar libremente la banda radio de Bluetooth(2.4 GHz) mientras que las companıas externas no pueden aplicar la tecnologıa al notener su patente. El SIG crecio hasta llegar a mas de 1800 miembros en abril de 2000.

12.3. Red Personal

Los productos permitidos de Bluetooth han traıdo la red de area personal (PAN), ala vida. La tecnologıa sin hilos de Bluetooth se ha ampliado considerablemente. Losproductos demostrados aquı representan la diversidad de los productos de Bluetoothen el mercado:

Ordenador personalMedicoAmbiente familiarDispositivos de entradaAccesorios de telefono movilTelefonoAutomotorJuegosHanheldMobiliarios de oficina

12.4. Arquitectura hardware

El hardware que compone el dispositivo Bluetooth esta compuesto por dos partes:Un dispositivo de radio, encargado de modular y transmitir la senalUn controlador digital, compuesto por una CPU, por un procesador desenales digitales (DSP - Digital Signal Processor) llamado Link Controller(o controlador de Enlace) y de los interfaces con el dispositivo anfitrion.

El LC o Link Controller esta encargado de hacer el procesamiento de la banda basey del manejo de los protocolos ARQ y FEC de capa fısica. Ademas, se encarga de lasfunciones de transferencia (tanto asıncrona como sıncrona), codificacion de Audio yencriptacion de datos.

El CPU del dispositivo se encarga de atender las instrucciones relacionadas conBluetooth del dispositivo anfitrion, para ası simplificar su operacion. Para ello, sobre elCPU corre un software denominado Link Manager que tiene la funcion de comunicarsecon otros dispositivos por medio del protocolo LMP.

Entre las tareas realizadas por el LC y el Link Manager, destacan las siguientes:- Envıo y Recepcion de Datos. - Empaginamiento y Peticiones. - Determinacion de

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Conexiones. - Autenticacion. - Negociacion y determinacion de tipos de enlace. - De-terminacion del tipo de cuerpo de cada paquete1. - Ubicacion del dispositivo en modosniff o hold.

12.5. Arquitectura software

Buscando ampliar la compatibilidad de los dispositivos Bluetooth, los dispositivosque se agregan al estandar utilizan como interfaz entre el dispositivo anfitrion (Pc,telefono celular, etc.) y el dispositivo Bluetooth como tal (chip Bluetooth) una interfazdenominada HCI (Host Controller Interface).

Los protocolos son una forma consensuada en la que los dispositivos intercambianinformacion. Para cada tipo de red incluida la especificacion Bluetooth existe un con-junto de protocolos o reglas que definen exactamente como se pasan los mensajespor el enlace.

13 CONCLUSIONES 35

13. Conclusiones

La telefonıa celular se ha diseminado como una alternativa a la telefonıaconvencional inalambrica, logrando alcanzar gran aceptacion llevandolaa alcanzar diferentes aplicaciones a parte de las convencionales (voz)como por ejemplo los mensajes de texto (SMS), mensajes multimedia(MMS), tomar fotos, escuchar musica, ver videos, navegar en la web,etc.Aunque al inicio este servicio tenıa costos elevados, con el pasar delos anos se ha hecho mas accesible al publico hasta el punto de quecualquier persona natural puede adquirir un telefono movil.La evolucion del telefono celular ha permitido disminuir su tamano y peso,desde ese primer telefono movil en 1973 que pesaba 780 gramos, alos actuales mas compactos y con mayores prestaciones de servicio. Eldesarrollo de baterias mas pequenas y de mayor duracion, pantallas masnıtidas y de colores, la incorporacion de software mas amigable, hacendel telefono celular un elemento apreciado en la vida moderna.El avance de la tecnologıa ha hecho que estos aparatos incorporen fun-ciones que hasta no hace mucho tiempo parecıan futuristas, como jue-gos, reproduccion de musica MP3, correo electronico, SMS, agenda elec-tronica PDA, fotografıa digital, navegacion por Internet y hasta TV digital.Las companıas operadoras de telefonıa celular ya estan pensando ennuevas aplicaciones para este pequeno aparato que nos acompana atodas partes. Algunas de esas ideas son: medio de pago, localizador eidentificador de personas.La tecnologıa TDMA seguira siendo la tecnologıa dominante en el mer-cado sin hilos, a pesar de las muestras de robustez frente a las interfer-encias de la tecnologıa CDMA.Bluetooth ha hecho realidad la Red de Area Privada (PAN), inalambri-ca; capaz de expandirse a nivel mundial en poco tiempo, como una tec-nologıa del futuro proximo.

REFERENCIAS 36

Referencias

[1] Comunicaciones y Redes de Computadoras. William Stalling, Quinta Edicion.[2] Pattern-Oriented Software Architecture Volume 3: Patterns for Resource Manage-

ment. Michael Kircher Prashant Jain. 2004.[3] Historia telefonıa movil. URL: http://es.wikipedia.org/wiki/Historia del Telefono Movil[4] CDMA. URL: http://es.wikipedia.org/wiki/CDMA[5] TDMA. URL: http://es.wikipedia.org/wiki/TDMA[6] Acceso multiple por division de tiempo. URL:

http://www.iec.org/online/tutorials/tdma/[7] GSM. URL: http://es.wikipedia.org/wiki/GSM[8] Sistema de Posicionamiento Global (GPS). URL:[9] Bluetooth. URL: http://es.wikipedia.org/wiki/Bluetooth

[10] Bluetooth Home. URL: http://www.bluetooth.com/bluetooth/

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