Introducción

La radio comunicación publica requiere técnicas sofisticadas, y por tanto, su evolución ha estado siempre ligada al progreso de la electrónica. Es importante aclarar que radiocomunicación es cualquier tipo de telecomunicación, que se realiza a través de ondas electromagnéticas que se propagan por el espacio sin ningún medio ni guía artificial.

Las primeras aplicaciones públicas de la radio fueron de difusión, primero sonido y luego imágenes. El auge real de los sistemas públicos bidireccionales de radiocomunicaciones móviles tuvo lugar justo después de la segunda guerra mundial.

Inicios

Las primeras redes móviles de telefonía se operaban manualmente; es decir era necesaria la intervención de un operador para conectar la llamada a la red fija. Además, los terminales eran muy voluminosos, pesados y caros. El área de servicio estaba limitada a la cobertura de un único emplazamiento de transmisión y recepción. Había muy poco espectro de radio disponible para este tipo de servicios, se asignaba fundamentalmente a propósitos militares, radiodifusión, y la televisión. En consecuencia la capacidad de los primeros sistemas era muy pequeña y la saturación de los mismos fue muy rápida.

Entre 1950 y 1980 los sistemas evolucionaron hasta automatizarse y los costes disminuyeron gracias a la introducción de los semiconductores. Gracias a esto se incrementó un poco la capacidad.

A partir de los 80 y sobre todo en los 90, la telefonía móvil, gracias a los avances tecnológicos que permitieron la introducción de la radio digital, la disminución de tamaño y la baja de precio de los terminales y tarifas, así como por el aumento de sus prestaciones y servicios disponibles, se populariza y crece desorbitadamente.

Los sistemas de comunicaciones móviles

El termino “comunicaciones móviles” describe cualquier enlace de radiocomunicación entre dos terminales de los cuales al menos uno esta en una localización indeterminada, en movimiento, o parado, pudiendo ser el otro un terminal fijo. Esta definición es de aplicación a todo tipo de enlace de comunicación, ya sea de móvil a móvil o entre fijo y móvil. El enlace de comunicación hace uso de parte del espectro electromagnético aproximadamente la banda de radiofrecuencias comprendida entre 10^5 y 10^12 Hz.

Clasificación de los sistemas móviles

Una forma de clasificarlos tal como lo hace el Reglamento de Telecomunicaciones, es en función del entorno en que se utilizan: terrestre, marítimo, o aeronáutico. Otra posibilidad es clasificarlos según su capacidad de comunicación, en uno o ambos sentidos (simplex), de manera secuencial (semi-duplex) o simultánea (duplex). Otra es en función del servicio que ofrecen:

Radiotelefonía de corto alcance Radiomensajería (paging) Radiotelefonía de grupo cerrado Telecomunicación sin hilos Telefonía móvil automática

Radiotelefonía de corto alcance

Son sistemas de comunicación simplex, a una o dos frecuencias, o semi-duplex, a los que se les asigna una serie de frecuencias para que cualquiera pueda utilizar siempre las que estén libres. Este sistema no permite ninguna privacidad al usuario y su alcance es muy limitado, pero, por su simplicidad, son la manera más popular de comunicaciones bidireccionales vía radio que existen.

Telecomunicación sin hilos

La telecomunicación sin hilos (inalámbrica) esta diseña para usuarios cuyos movimientos están delimitados a un área reducida y bien definida. El usuario hace llamadas desde un terminal portátil que se comunica por radio con una estación de base fija.

Sistemas de Radiomensajería

Es un sistema unidireccional en el que los usuarios pueden recibir mensajes en cualquier lugar donde se encuentren, y si procede puedan establecer una comunicación telefónica.

El concepto es muy simple: mediante un sistema de radiocomunicación se cubre una zona determinada (edificio, provincia o nación) y cualquier usuario que se encuentre dentro de su cobertura y esté dotado del correspondiente terminal puede recibir un mensaje, acústico o alfanumérico emitido por la central emisora, normalmente de carácter privado.

La aplicación de este servicio tiene dos facetas bien diferenciadas, la primera es la simple localización de un usuario para enviarle un mensaje acústico (un tono) indicándole con el mismo que debe ponerse en contacto con un determinado punto a la mayor brevedad, normalmente, mediante el establecimiento de una comunicación telefónica.

La segunda faceta, cada vez mayor extendida debido a los avances tecnológicos, es, basada en el mismo concepto, el envío no de un tono sino de un mensaje completo conteniendo la información que se desea comunicar. Los receptores, que podemos llamar de segunda generación, están dotados de una pantalla capaz de representar caracteres alfanuméricos o simplemente numéricos, que presentan al usuario el mensaje; dependiendo de él se requerirá o no el establecimiento de la comunicación telefónica para contestar al mismo.

Tipos Sistemas de Radiomensajería

Sistema de aviso, en el que se envía una señal de radio con diferente frecuencia para cada usuario y el terminal sólo responde cuando recibe su señal en la frecuencia asignada. el mensaje consiste en un tono audible, indicación luminosa o vibración mecánica.

Sistema de tono y voz en los que los mensajes se comunican al usuario de viva voz durante unos pocos segundo.

Sistema con pantalla numérica, en los que, generalmente aparece el número de teléfono de la persona que pretende contactar con ellos. el equipo receptor puede recibir y almacenar varios mensajes codificados de hasta 20 dígitos, cuyo número dependerá de la capacidad de memoria.

Sistemas con pantalla alfanumérica, que permiten a los usuarios recibir telegramas y faxes.

El sistema ERMES

Es un estándar aprobado por la UIT recomendado para el uso internacional en redes de radiomensajería.

Utiliza tecnología de radio digital y una banda de frecunecias comprendida entre 169,4 y 169,8 MHz, lo que proporciona un total de 400 kHz; tiene 16 canales de 25 kHz de anchura cada uno y la velocidad de radiotransmisión de los radiocanales es de 6,25 kb/s.

El sistema ERMES ofrece una gran variedad de facilidades adicionales como son el acuse de recibo, desvíos, protección contra pérdida de mensajes, asignación de prioridad, envío de mensajes a grupos cerrados, información de tarificación, etc.

Los elementos principales que forman la arquitectura del sistema son:

Unidad de controlAlmacena todos los datos de los abonados al sistema, asegura los interfaces con las redes públicas, recoge los mensajes y los procesa para su envío a los controladores de zona y soporta todos los aspectos relativos a la operación, mantenimiento y gestión administrativa.

Red de DistribuciónLos controladores de zona recogen los mensajes procedentes de la unidad de control, los ordenan y envían a las estaciones de base para su transmisión.

Estaciones BaseContienen los transmisores de radio y los sistemas de control y sincronización, asegurando la cobertura radioeléctrica de una determinada zona.

ReceptoresSon los terminales de los abonados que reciben los mensajes que se les envían a sus corresponsales.

Radiocomunicaciones en Grupo Cerrado: Trunking

Son sistemas móviles de radiotelefonía privada que ofrecen servicio a un grupo cerrado de usuarios (generalmente una flota de vehículos con ámbito local o regional).

Hay dos modalidades:

a) Red privada de frecuencia fija, con la que solamente ellos puede comunicarse. Entre estos cabe destacar a EDACS, es un sistema controlado por un ordenador, que permite la creación de más de 2.000 grupos y hasta un total de 16.000 usuarios; su nivel de seguridad es tal, que al no disponer de un punto único de fallo, permite el establecimiento de la comunicación en cualquier condición. La gestión informatizada del enlace vía radio permite que los usuarios no se preocupen por la selección de canales; simplemente basta con pulsar un botón para que se seleccione uno de los canales libres en menos de 0,25 segundo, encontrándose uno siempre uno si la llamada tiene prioridad alta y si no, el sistema pone la llamada en espera automáticamente hasta que queda libre un canal. Con cada pulsación se asigna un canal de radio distinto, lo que proporciona aun un nivel más alto de seguridad.

b) Red compartida entre varios grupos, mediante un sistema de asignación dinámica de canales radioeléctricos. Estos son los denominados sistemas de acceso múltiple o sistemas “Trunking”. En estos, todos los canales son compartidos por los distintos grupos, siendo el propio sistema el que, automáticamente, asigna -mediante un protocolo de control y señalización- uno de los canales libres para que se establezca la comunicación; así, cuando el usuario finaliza la comunicación, el canal queda libre para ser utilizado por otro, con lo que su aprovechamiento es el máximo posible. Estos sistemas también se conocen como PMR (Radio Móvil Privada) o sistemas de despacho.

Gestión de la llamada

La diferencia principal entre un sistema Trunking y uno de telefonía móvil automática, ambos de compartición de enlaces, radica en la forma en que se trata una llamada cuando el usuario intenta establecer una comunicación y todos los canales se encuentran ocupados. En el primero, es el propio sistema el encargado de la gestión, estableciendo una cola en todas las llamadas pendientes, según su orden de llegada o asignándoles cierta prioridad si así se ha establecido en función de su importancia; en el segundo es el propio usuario el que tiene que intentar una nueva llamada, después de un tiempo de

espera, pudiendo suceder que de nuevo encuentre todos los canales ocupados, con lo que el ciclo se ha de repetir hasta tener éxito.

Facilidades Llamada de fonía individual, entre dos estaciones. Llamada de fonía a un grupo dentro de la flota. Llamada de fonía a la totalidad de la flota. Llamada con prioridad y emergencia. Lista de llamadas recibidas en espera de ser atendidas. Desvío de llamadas en ausencia del destinatario. Almacenamiento de mensajes vocales. Bloqueo de un canal, asignado temporalmente a un grupo. Transmisión de datos, facsímil, etc. Conexión a centralitas PBX. Localización (GPS) Mensajes cortos sin ocupación del canal. Conexión a la red telefónica básica, en ambos sentidos. Interconexión de regiones.

Telefonía móvil automática

La telefonía móvil automática (sistemas celulares) se basan en el concepto de reutilización de frecuencias: la misma frecuencia de utiliza en diversos emplazamientos que están suficientemente alejados entre si, lo que da como resultado una gran ganancia en capacidad.

Conceptos básicos

Célula o celda

Una célula es cada una de las unidades básicas de cobertura en que se divide un sistema celular. Cada célula contiene un transmisor, el cual esta en el centro si las antenas utilizan un modelo de radiación omnidireccional o bien puede estar en el vértice de la misma si las antenas tienen un diagrama directivo.

Cobertura

Se entiende por cobertura la zona desde la cual un terminal móvil puede comunicarse con las estaciones de base y viceversa. Las zonas de cobertura teóricamente son hexágonos regulares o celdas pero, en la práctica, toman muy distintas formas, debido a la presencia de obstáculos y la orografía cambiante de la celda.

Lo que diferencia a un sistema celular frente a cualquier otro sistema que tenga a la radio como medio de transmisión es que, en zonas de alta densidad de trafico, es capaz de utilizar mas eficientemente el limitado espectro radioeléctrico que tiene asignado.

Capacidad

Es la cantidad de tráfico que puede soportar este tipo de sistemas. El diseño de una red celular, esta pensado para soportar gracias a la compartición de canales y a la división celular, una gran capacidad de trafico.

La capacidad será mayor cuanto mayor ancho de banda se disponga, cuanto menor sea la célula y cuantas menos células sean necesarias por clústeres.

Reutilización de frecuencias

Se trata de tomar todo el grupo de frecuencias asignado a la red y, dividiendo el grupo en varios subgrupos (células) y ordenándolo según una estructura celular (clúster) se pueden construir grandes redes con las mismas frecuencias sin que estas interfieran entre si.

Señalización

Por señalización se entiende toda comunicación dedicada a gestionar los recursos del sistema para permitir la comunicación.

Handover o traspaso

Es como se denomina al proceso de pasar una comunicación establecida en un mismo móvil de un canal a otro. En función de la relación éntrelos canales origen y destino de la comunicación, los traspasos pueden clasificarse en: duro y blando o inter/intra célula.

Roaming o itinerancia

Este concepto está asociado al registro de un móvil en una red distinta de la propia, lo que sucede cuando se viaja al extranjero y, mediante acuerdo entre operadores.

Estructura de una red de telefonía móvil

Una red de telefonía móvil presenta una estructura compuesta por los siguientes elementos:

Estaciones móviles (MS)

Son los equipos que suministran el servicio concreto a los usuarios en el lugar, instante y formato (voz, datos e imágenes) adecuados. Cada estación móvil puede actuar en modo emisor, receptor, o en ambos modos.

Estaciones base (BTS)

Se encargan de mantener el enlace radioeléctrico entre la estación móvil y la estación de control de servicio durante la comunicación. Una estación base atiende a una o varias estaciones móviles, y según el numero de estas y el tipo de servicio, se calcula el numero adecuado de ellas para proporcionar una cobertura total de servicio en el área geográfica que se desea cubrir.

Estaciones de control (BSC)

Realiza las funciones de gestión y mantenimiento del servicio. Una tarea específica consiste en la asignación de estaciones base en un sector, dentro de un área de cobertura a las estaciones móviles que se desplazan por el sector.

Centros de conmutación (MSC)

Permite la conexión entre las redes públicas y privadas con la red de comunicaciones móviles, así como la interconexión entre estaciones móviles localizadas en distintas áreas geográficas de la red móvil.

Los sistemas de telefonía móviles digitales

Para contrarrestar las limitaciones en cuanto a la capacidad del número de usuarios que soportan los sistemas analógicos, y al mismo tiempo, mejorar la calidad de la comunicación y ofrecer una amplia gama de servicios, se han desarrollado los sistemas digitales.

El estándar GSM

El GSM o Sistema Global para Comunicaciones Móviles fue creado para unificar los distintos sistemas móviles digitales y sustituir a los analógicos.

El GSM facilita la existencia de una serie de servicios añadidos a los de la telefonía fija, como el envío de datos hasta 9,6 kb por segundo sin necesidad de modem externo, a través de una tarjeta PCMCIA para conexión con el puerto serie del ordenador. Posibilita la creación de redes privadas virtuales, utiliza el espectro de forma mucho más eficiente, con células más pequeñas, y presenta un menor consumo de energía, lo que permite terminales más pequeñas. Su mayor seguridad, al tener acceso por tarjeta inteligente y cifrar todas las conversaciones para evitar las posibles escuchas en la red, son otras de sus mejoras.

Arquitectura de GSM

Los elementos que conforman un sistema celular de 2G son:

BTS y BSC

El sistema consiste en una red de radio – células contiguas para cubrir una determinada área de servicio. Cada célula tiene una BTS (Base Transceiver Station) que son los elementos radiantes (antenas) omnidireccionales y/o directivas (sectoriales) situados en una torreta o mástil en una zona elevada, que operan con un conjunto de canales diferentes de los utilizados por las células adyacentes.

Un determinado conjunto de BTS es controlado por una BSC (Base Station Controller) y un grupo de BSC es a su vez controlado por una MSC que encamina las llamadas hacia y desde redes externas (RTC, RDSI, etc.) publicas o privadas.

La función de la BSC es el mantenimiento de la llamada aunque el usuario cambie de celda, así como la adaptación de la velocidad del enlace radio al estándar de 64 kbps utilizado por la red de transporte.

MSC

El MSC (Mobile Switching Centre) o centro de conmutación de servicios móviles, es el corazón del sistema GSM. Es el centro de control de llamadas, responsable del establecimiento, enrutamiento y terminación de cualquier llamada, control de los servicios suplementarios y del handover entre MSC, así como la recogida de información necesaria para tasación. También actúa la interfaz entre la red GSM y cualquier otra red pública o privada de telefonía o datos.

HLR

El HLR (Home Location Register), o registro de localización local, contiene información de estado(nivel de suscripción, servicios suplementarios, etc.) de cada usuario asignado al mismo, así como información sobre la posible área visitada, a efectos de encaminar las llamadas destinadas al mismo (terminadas en el móvil). Los sistemas de altas y bajas de los operadores actuaran contra esta base de datos para actualizar las características del servicio de cada cliente. En el HLR también hay información actualizada sobre la situación actual de sus móviles.

VLR

El VLR (Visitor Location Register), o registro de posiciones de visitantes, contiene información de estado de todos los usuarios que en un momento dado están registrados dentro de sus zonas de influencia; información que ha sido requerida y obtenida a partir de los datos contenidos en el HLR del que depende el usuario. Contiene información sobre si el usuario esta o no activado, a efectos de evitar retardos y consumo de recursos innecesarios cuando el terminal móvil esta apagado.

OMC

El OMS (Operation and Maintenance Center), o centro de operación y mantenimiento, junto con el NMC (Network Management Control), o centro de gestión de red, realiza las funciones de operación y mantenimiento propias del sistema, estableciendo correctamente los parámetros que controlan los procedimientos de comunicación.

Además se cuenta con un centro de autentificación o AuC (Autentification Center), asociado al HLR, para proteger la comunicación contra la intrusión y el fraude, y un registro de identificación del equipo o EIR(Equipment Identification Register), encargado de controlar el acceso a la red, evitando el empleo de equipos móviles no autorizados.

MS

La MS (Mobile Station), es el terminal de usuario o teléfono móvil, que se comunica con la red a través de una interfaz radio. El terminal móvil suele ser el único elemento del sistema que el usuario llega a ver y tocar. Además de las funciones básicas de radio y de proceso necesarias para acceder a la red a través de la interfaz radio, un terminal móvil debe ofrecer una interfaz al usuario (tal como un micrófono, altavoz, pantalla y teclado), o una interfaz hacia otros equipos terminales (tal como una interfaz hacia un PC, PDA, cámara de fotos, impresora, etc.; que puede ser por infrarrojos, Bluetooth, o puerto cableado).

Un aspecto fundamental de la estación móvil GSM, que la diferencia de las estaciones móviles del resto de sistemas, es el concepto de ‘’modulo de usuario’’ o SIM (Subscriber Identity Module) extraíble. La SIM es básicamente una tarjeta inteligente que contiene toda la información referente al usuario almacenada en ella. La tarjeta SIM también ofrece otras ventajas: un usuario potencial puede comprar un equipo móvil, pero también lo puede alquilar o pedir prestado por un periodo de tiempo determinado, y cambiarlo cuando desee sin necesidad de procesos administrativos. Todo lo que necesita es su propia SIM, obtenida a través de un distribuidor o de un proveedor de servicios (operador), independientemente del equipo que desee adquirir. Los pasos de la personalización de la SIM puede realizarse fácilmente a través de un pequeño ordenador y un sencillo adaptador.

Ventajas del sistema GSM

Capacidad total de seguimiento automático nacional e internacional Gran capacidad de trafico con una utilización del espectro optimizada Mejoras en la calidad de servicio y mayores facilidades Posibilidad de coexistencia con los sistemas analógicos en los mismos

emplazamientos de estaciones de base Posibilidad de interconexión con la Red Digital de Servicios Integrados Posibilidad de utilización de terminales de usuario de tamaño reducido Terminales personalizables Mejoras en la seguridad de transmisión de voz

Mayor eficacia de las baterías portátiles Utilización de los sistemas de señalización avanzados

Características técnicas de GSM

El GSM es un sistema de multiplexado en el tiempo de banda estrecha, dentro de la banda de 900 MHz y una separación de 200 kHz entre portadoras. Dentro de cada una de las frecuencias resultantes de la partición del ancho de banda disponible, se procede a una segmentación en intervalos de tiempo estableciéndose una trama de semicanales temporales. Cada conversación se asigna a una de las tramas y digitalizada se transmite como un tren de impulsos de datos, cada uno de 577 µseg, que se entrelaza con los procedentes de otras, por lo que cada canal puede admitir varias conversaciones. Este “salto continuo de frecuencia” evita las interferencias a que puede estar sometida una única frecuencia en un determinado momento, lo que mejora la calidad de la red. Otro mecanismo para mejorar las interferencias de unos canales sobre otros es el de “control de potencia” que regula la potencia de emisión del móvil, en función de la distancia a la estación base a la que encuentra enganchado en cada momento.

Cada MHz se divide en 5 portadoras con un ancho de banda individual de 200 kHz, siendo cada una de ellas capaz de soportar 8 semicanales individuales, destinando un octavo de tiempo a cada semicanal. Es de destacar el hecho de que el ancho de banda por portadora requerido por los sistemas GSM es mayor que en el caso de los sistemas FDM, lo que a fin de cuentas se debe a que ese ancho de banda depende directamente de la cantidad de información a transportar en el tiempo.

El proceso de comunicación

Registro

Si una estación móvil desea obtener servicio desde una célula y, en particular, recibir llamadas, debe cerciorarse de que su usuario (representado por la SIM) se registra en el área de localización de dicha célula. El estado de registro del usuario, excepto en casos de fallos en la red o tras un largo tiempo de inactividad, sólo puede modificarse s iniciativa de la estación móvil. El resultado del último intento de registro se almacena en la SIM, así como la identidad del área de localización. La información de registro se almacena en dos lugares diferentes de la infraestructura de GSM: en el HLR y en la MSC/VLR visitados. De hecho, la misma información esta disponible en tres lugares diferentes del sistema, siendo la SIM el tercer lugar. Esta información puede cambiar y se necesitan una serie de procedimientos para guardar coherencia entre las tres entidades.

Roaming

La facilidad de roaming entre diversas redes sólo puede ofrecerse si se cumplen ciertos condicionantes técnicos y administrativos que lo permiten. Desde el punto de vista administrativo, deben resolverse asuntos como la tasación, cobros, acuerdos de suscripción, etc., entre operadores. Desde el punto de vista técnico, algunos temas son consecuencia de los asuntos administrativos, tal como la transferencia de cargos por llamadas o la información de suscripción entre redes. Otros temas se necesitan simplemente para que el roaming sea posible, tal como transferencia de datos de localización entre redes o la existencia de una única interfaz de acceso radio.

Establecimiento de llamada

En primer lugar, el usuario introduce el numero destino y el tipo de servicio que desea (voz, datos, fax, etc) y pulsa la tecla de envío. La estación móvil pasara esta información a la MSC y cuando esta recibe el mensaje de establecimiento, analiza la petición y comprueba se puede aceptarla. Si todo esta bien la MSC comienza el establecimiento a través de la red y notifica a la estación móvil de este evento.

Transcurrido un tiempo, la MSC recibirá de la red exterior información sobre la petición de la llamada realizada. Tal información puede indicar que el terminal de la persona llamada está siendo alertado, o que la llamada ha sido abortada por cualquier motivo (congestión, ocupado, no localizable, etc). Esta información es transferida directamente al usuario móvil y, en su caso, la MSC abortará la llamada.

Cuando el destino responde a la llamada, pulsando una tecla, la MSC recibe un mensaje indicándolo. Cuando esto ocurre, se establece un camino de voz entre los dos usuarios. Entonces, la estación móvil interrumpe la indicación de llamada, responde a la red y establece el circuito a través de la interfaz radio.

Handover

Existen tres motivos por los que pueden producirse un handover, o traspaso entre frecuencias portadoras:

El primero es la necesidad de que la conversación se lleve a través de otra célula dado que, por el movimiento del móvil es necesario para poder continuar dicha comunicación.

El segundo viene referido a la necesidad de mejorar substancialmente el comportamiento de la red, disminuyendo el nivel de interferencia en la misma, al proporcionar al móvil acceso a una célula a través de la cual la comunicación

se puede producir con menor nivel de señal, sin que esto implique que haya perdido cobertura de la primera célula.

El tercero es aquel handover que se produce para mejorar las condiciones de tráfico de una célula, permitiendo el handover de móviles en servicio bajo esta célula hacia células vecinas.

Gestión de la seguridad

La trasmisión vía radio es, por naturaleza, más susceptible de ser vulnerable que la transmisión por línea fija, por ello es que las funciones de seguridad implementadas en el sistema GSM cumplen dos objetivos fundamentales: evitar el acceso no autorizado a la red y proteger el carácter privado de las comunicaciones.

El primer método de autenticación que se implementa en GSM es el código PIN necesario para tener acceso a la tarjeta SIM. No obstante, el nivel de protección ofrecido por este sistema no es lo suficientemente seguro. Pero, además, el GSM utiliza un método mucho más sofisticado de autenticación en la red, basado en la señalización que se produce entre esta última y la tarjeta SIM del cliente.

El proceso de encriptado se utiliza para evitar que las comunicaciones puedan ser interceptadas en el trayecto radio. Para ello, antes de radiar la información, el sistema somete dichos datos a un proceso de encriptación mediante un algoritmo, denominado A5, y unas claves que se generan automáticamente.

Para evitar que la identidad del usuario, que es lo que va a permitir el acceso a la red, viaje por el aire, siendo susceptible de ser capturado, la red GSM ha implementado un método de asignación de identidades de usuarios temporales o TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity), ligadas no solo al usuario sino también al área de localización de éste.

Generaciones de telefonías móviles

Telefonía móvil de 1ra Generación (analógica)

Los sistemas de telefonía móvil celular de primera generación son unos sistemas basados en tecnología analógica que operan en la banda de 450 y 900 MHz. El estándar utilizado define solamente el protocolo de acceso radio entre una estación móvil y la estación base quedando a criterio del fabricante otros elementos como la gestión de la movilidad o la estructura y comunicaciones entre los diferentes componentes de la red.

La identificación del usuario se realiza mediante un grupo de números que se almacenan en la memoria del terminal móvil, e incluye, entre otros, el número de terminal móvil y sus claves de acceso.

El TACS (Total Access Communications System) es un sistema para telefonía móvil celular dúplex en la banda de 900 MHz. El precursor del sistema TACS es el sistema AMPS (American Mobile Phone System), desarrollado en la década de los 70’ y puesto en servicio en la primera mitad de la década de los 80’.

Algo importante que se debe tener en cuenta es que el estándar TACS define tan solo el protocolo de acceso radio entre una estación móvil y su correspondiente estación base.

La gestión de la movilidad o lo que es igual las facilidades de ‘’handover’’ y ‘’roaming’’ soportadas por el sistema, así como la estructura y comunicaciones entre los distintos elementos de la red quedan a criterio del fabricante, y al no estar normalizadas, y posibilitan el uso entre otros operadores diferentes con el que se tenia contratados el servicio, limitando enormemente su uso.

Telefonía móvil de 2da Generación (digital) los sistemas de telefonía móvil celular de 2da Generación se basan en tecnologías de acceso digital, que permiten mayor calidad de servicio y más facilidades que las ofrecidas por la tecnología móvil analógica.

La relación entre el usuario y el operador se realiza a través de una tarjeta personal (SIM), activada mediante un numero de identificación personal (PIN), que permiten al usuario realizar o recibir llamadas desde cualquier terminal en el que se inserte la misma, algo que no era posible con los de la generación anterior.

El nacimiento de GSM

A principios de la década de los 90 los sistemas de telefonía móvil analógicos alcanzaron el límite de sus posibilidades. Por otro lado, se contemplaba ya la liberalización de las telecomunicaciones, empezando por el sector móvil. Todo ello auspicio el desarrollo en Europa de un nuevo sistema que permitiera la itinerancia internacional, creándose, a tal efecto, en 1983, en el seno de CEPT (Conference Européenne Postes et Telecommunications) un grupo de trabajo denominado GSM (Groupe Special Mobile), con el mandato de especificar un sistema de telefonía móvil celular de gran capacidad, con posibilidad de evolución para ir incorporando nuevas tecnologías, servicios y aplicaciones.

Con la aparición del GSM el panorama cambia completamente: se trata de una red digital, por lo que ahora, para enviar una señal analógica como la voz, es necesario someterla previamente a un proceso de conversión analógico-digital (muestreo de la

señal, cuantificación y finalmente codificación) hasta convertirla en una secuencia de bits.

Telefonía móvil de 2,5 Generación (GPRS, WAP)

En la evolución de las redes de 2G hacia las 3G, aparece GPRS, que es una tecnología que funciona en el entonces de la telefonía móvil digital y que permite que un mismo usuario utilice simultáneamente varios canales; para ellos se utilizan técnicas de empaquetado de la información con las que se consiguen velocidades efectivas de transmisión de datos hasta cuatro veces superiores a los 9,6 kbps que soporta un solo canal, además la eficiencia de las comunicaciones es mucho mayor pues no es necesario la ocupación continua de los canales de comunicaciones de forma permanente y exclusiva.

Esta tecnología utiliza la misma infraestructura de comunicaciones de GSM.

Telefonía móvil de 3ra Generación (UTMS)

La 3G integra todos los servicios ofrecidos por las distintas tecnologías y redes actuales, utilizando cualquier tipo de terminal, sea un teléfono fijo, inalámbrico o celular, ofreciendo una mayor calidad de los servicios y soportando la personalización por el usuario y los servicios multimedia móviles en tiempo real.

Los servicios de 3G combinan el acceso móvil de alta velocidad con los servicios basados en Internet, pudiéndose además realizar múltiples conexiones simultáneamente desde un mismo terminal móvil.

GPRS

GPRS (General Packet Radio Service) es una tecnología que posibilita la transmisión de datos a través de una red móvil utilizando conmutación de paquetes.

GPRS se implementa añadiendo a la red GSM nuevos nodos de conmutación por paquetes y actualizando los existentes para proporcionar una ruta de encaminamiento para los paquetes de datos entre el terminal móvil y un nodo de pasarela. El nodo de pasarela hará posible la interrelación con redes externas de datos por paquetes para acceder a Internet y a Intranets, por ejemplo.

La conmutación de paquetes es un procedimiento mas adecuado para transmitir datos, ya que hasta ahora los datos se habían transmitido mediante conmutación de circuitos, procedimiento más adecuado para la transmisión de voz. Su principal baza radica en la posibilidad de disponer de un terminal permanentemente conectado, tasando únicamente por el volumen de datos transferidos (enviados y recibidos) y no por el tiempo de conexión, como es habitual en la conmutación de circuitos.

La velocidad de transmisión de datos se ve aumentada a una media de 40 kbps, con un máximo teórico, que nunca se alcanza, de 115 kbps por comunicación, sino que además la tecnología utilizada permite compartir cada canal por varios usuarios, mejorando así la eficiencia en la utilización de los recursos de red. La tecnología GPRS permite proporcionar servicios de transmisión de datos de la forma más eficiente. La mayor eficiencia de GPRS para los servicios de datos se basa en una mejor utilización y aprovechamiento de los recursos radio desplegados para GSM, así como la introducción de nuevos esquemas de codificación, que se traducen en un aumento de la velocidad.

Características básicas

Movilidad y disponibilidad Ofrece la conexión a Internet/Intranet a través del terminal en cualquier momento y desde cualquier lugar con cobertura.

Simultaneidad de voz y datosSe pueden transmitir datos mientras se está hablando por el teléfono móvil.

Mayor velocidad de transmisión de datosOfrece a los usuarios móviles mayor velocidad de transmisión de datos y resulta especialmente adecuado para el tráfico en ráfagas por Internet e Intranets.

Tasación por volumenPermite facturar por datos transmitidos realmente, en lugar de por tiempo de conexión.

Rapidez en el ascenso Debido al establecimiento instantáneo de la conexión, y la utilización más eficiente de los recursos de red al basarse en canales compartidos por varios usuarios y no dedicados (modelo GSM)

Conexión permanente a Internet

Con los dispositivos móviles GPRS, los usuarios podrán estar siempre conectados con Internet. GPRS utiliza solo los recursos y el ancho de banda de la red mientras se transmiten los datos. El canal de radio solo se mantiene mientras dure la transferencia de datos.

Codificación del canal de radio según la calidadA peor calidad, se emplearan codificaciones de menor velocidad de transmisión pero de mayor fiabilidad.

Compatibilidad con todos los protocolos de transferencia de datosLos protocolos de comunicaciones de datos mas utilizados, incluyendo el IP, son compatibles con GPRS, por lo que será posible conectarse a Internet.

Comparte el rango de frecuencia con la red GSMSe utilizan la misma infraestructura de red que la utilizada en GSM, lo cual permite reducir el coste de despliegue para los operadores.

Estructura de la red

Se necesitan dos nuevos nodos lógicos para gestionar las aplicaciones GPRS en las redes GSM:

Nodos de soporte GPRS servidor o SGSN (Service GPRS Support Node)Es el nodo de conmutación de paquetes, ofrece encaminamiento de paquetes, incluyendo gestión de la localización, movilidad, autenticación y cifrado entre todos los abonados GPRS que se encuentren en el área de servicio SGSN. Gestiona la conexión del terminal móvil a la red GPRS según el perfil del usuario.

Nodo de soporte GPRS pasarela o GGSN (Gateway GPRS Support Node)Proporciona la interfaz con la red externa de datos, normalmente IP, gestionando la seguridad y las funciones de contabilidad así como la asignación dinámica de direcciones IP, y funciones como el direccionamiento, enrutamiento y autentificación. Desde el punto de vista de las redes externas IP, es un servidor que posee las direcciones IP de todos los abonados a los que presta servicio la red.

Los nodos estarán interconectados por una red troncal IP. Las funciones SGSN y GGSN se pueden combinar en el mismo nodo físico o separarlas, aunque residan en redes móviles distintas. Un requisito clave para estos nuevos nodos consiste en que se puedan ampliar, de manera que los operadores empiecen a ofrecer servicios de datos por paquetes a alta velocidad empleando nodos pequeños en áreas seleccionadas que sean rentables y añadir después mas capacidad extra según sea necesario.

Servicios

GPRS es un servicio portador adaptado para la prestación de cualquiera de los servicios de datos. Está especialmente indicado para la implementación de servicios clásicos de acceso a redes IP, y podemos poner como ejemplos:

Conexión a Internet Acceso a una Intranet corporativa Acceso a servicios de e-mail, transferencia de ficheros, chat, comercio electrónico,

etc. Eficiencia personal y profesional: agenda individual o de grupo, listín telefónico,

lista de tareas, tablón de anuncios, etc. Aplicaciones de negocio: oficina remota, acceso a los sistemas corporativos

(consultas a bases de datos y aplicaciones corporativas), etc. Atención al cliente: información de pedidos, envíos, precios y disponibilidades.

Acceso a Internet

WAP (Wireless Application Protocol) es un protocolo de navegación para terminales móviles, basado en el WWW. Es un estándar abierto, que permite el desarrollo y la incorporación de diferentes soluciones asegurando su interoperabilidad. WAP se introdujo como una herramienta asociada a GSM, pero su baja velocidad y el hecho de que se facturase por tiempo de conexión en vez de por volumen de datos transferidos, determinó que se utilizase muy poco y, en consecuencia, su fracaso. Las mejores prestaciones (velocidad y conexión instantánea o permanente) de GRPS para las comunicaciones de datos favorecen su utilización.

Básicamente los objetivos a alcanzar con las comunicaciones móviles de datos son:

Entregar contenidos de Internet a cualquiera tipo de terminales móviles, teléfonos, PDA o cualquier otro dispositivo similar.

Ofrecer servicios de valor añadido de todo tipo (ocio, financiero, localización, informativos, alarmas, noticias, viajes, juegos, apuestas, pagos, etc.) incluyendo información en tiempo real.

Conseguir que algunas de las funcionalidades de un ordenador puedan hacerse mediante un terminal móvil, añadiendo las ventajas que éste presenta.

UMTS

Los sistemas de telefonía móvil de segunda generación en el mundo son diversos e incompatibles, entre si. El estándar UMTS es un intento de terminar con esta situación, aportando el enrutamiento mundial entre países y con sistemas de segunda generación. UTMS permite al usuario disponer de una amplia gama de servicios con la convergencia móvil-Internet como son el correo electrónico, el acceso a Internet y el visionado de contenidos multimedia.

La velocidad de transferencia de datos especificada va desde los 144 kbps para vehículos a gran velocidad, hasta 2 Mbps para terminales en interiores de edificios, pasando por 384 kbps para usuarios móviles en el extrarradio o vehículos a baja velocidad.

Características básicas

UTMS es el sistema usado para servicios de transmisión de información, el comercio y entretenimiento a usuarios móviles, mediante redes fijas, sin hilos o por satélite.

Las razones por las que surgió esta tecnología fueron, entre otras:

Vencer las limitaciones de otras redes, con un uso de ancho de banda dinámico, en función de la aplicación.

Permitir el enrutamiento mundial con una sola tecnología, es decir, estandarizar las tecnologías, contemplando servicios terrestres y por satélite.

Liberalización de las comunicaciones, ya que un mismo operador podrá ofrecer servicios móviles y fijos de telecomunicaciones.

Proporcionar un servicio de multimedia en redes sin hilos, con alta velocidad de datos: hasta 384 kbps en espacios abiertos y 2 Mbps con baja movilidad.

Proporciona con bajo coste económico, alta comunicación móvil con el enrutamiento global y otras capacidades avanzadas.

Convergencia entre medios de comunicación Industrias, que entregaran servicios nuevos y creara ocasiones de generación de

nuevas oportunidades. Itinerancia o roaming, incluido el internacional, entre diferentes operadores. Acceso a internet (navegación WWW), en cualquier lugar y momento.

Arquitectura de la red

Desde el punto de vista físico, la red UMTS se compone de dos elementos principales conectados por una interfaz estándar. Estos elementos son:

UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network)Se compone de un Nodo B y un Controlador de la Red Radio o RNC (Radio Network Controller).Una característica destacable es la existencia de un nuevo esquema de modulación: FDD (Frenquency Division Duplex), y W-CDMA (Wide Code Division Multiple Access), que aporta una máxima eficiencia en diferentes condiciones de utilización.

CN (Core Network)El Núcleo de Red, que soporta dos opciones de implementación: arquitectura basada en ATM y arquitectura independiente del transporte y multimedia.

Telefonía móvil de 4°Generación

Las comunicaciones móviles de cuarta generación, están caracterizadas por contar con dos tecnologías alternativas o complementarias, según la situación particular de cada operador móvil. Ambas comparten muchas similitudes e incluso podrían llegar a converger.

Las dos tecnologías que más adeptos tienen son: LTE Advanced y WirelessMAN-Advanced.

WirelessMAN-Advanced (802.16m)

Es una tecnología dentro de las conocidas como tecnologías de última milla, o bucle local que permite la recepción de datos por microondas y retransmisión por ondas de radio. El protocolo que caracteriza esta tecnología es el IEEE 802.16. Una de sus ventajas es dar servicios de banda ancha en zonas donde el despliegue de cable o fibra por la baja densidad de la población presenta unos costos por usuario muy elevados en zonas rurales.WiMAX puede proporcionar acceso de banda ancha inalámbrica (BWA) a 50 km para estaciones fijas, y 5 a 15 km para las estaciones móviles. En cambio, la norma WiFi/802.11 inalámbrica de área de red local se limita en la mayoría de los casos a sólo 30 a 100 metros.WiMAX opera en ambas formas: con y sin licencia de frecuencias, proporcionando un entorno regulado y un modelo económico viable para los operadores móviles. WiMAX es un protocolo de segunda generación que permite un uso más eficiente de ancho de banda, para evitar interferencias, y está destinado a permitir mayores velocidades de datos a mayores distancias.WirelessMAN-Advanced forma parte del conjunto de estándares IEEE 802.16

Las características principales respecto a las versiones anteriores de IEEE 802.16 son: Estructura de trama basada en subtramas para retransmisión rápida que reduce la

latencia general en los planos de usuario y de control y mejora la experiencia VoIP. Esquemas mejorados de subcanalización para reducir encabezados y aumentar la eficiencia de transmisión.

Transmisión multiportadora en portadoras contiguas y no contiguas con una única instancia MAC. Esta característica permite utilizar anchos de banda de hasta 100 Mhz.

Esquemas MIMO mejorados tanto para el enlace ascendente como para el enlace descendente. En el enlace descendente soporta MIMO de estación base única, MIMO con múltiple estaciones base y esquemas monousuario y multiusuario. En el enlace ascendente soporta MIMO monousuario con multiplexación espacial colaborativa

Servicios de difusión y Multicast mejorados utilizando combinaciones de portadoras Mixtas (tráfico y difusión/multicast) y portadoras dedicadas para difusión/multicast.

LTE AdvancedLTE (Long Term Evolution) es considerado por muchos como el sucesor obvio para la actual generación de la tecnología 3G UMTS, que está basado en WCDMA, HSDPA, HSUPA y HSPA. LTE no es un sustituto de UMTS en la manera en que UMTS fue un reemplazo para el GSM, sino más bien una actualización de la tecnología UMTS que le permitirá ofrecer velocidades de datos mucho másrápido tanto para la carga y descarga.

Para los consumidores, LTE permitirá a las aplicaciones existentes poder correr más rápido, además de poner a disposición de las nuevas aplicaciones de telefonía móvil, aplicaciones de vídeo mejorado.

LTE utiliza ondas de radio para tener más datos que se transfieren a través del mismo ancho de banda utilizado por equipos de 3G.

La novedad de LTE es la interfaz radioeléctrica basada en OFDMA para el enlace descendente (DL) y SC-FDMA para el enlace ascendente (UL). La modulación elegida por el estándar 3GPP hace que las diferentes tecnologías de antenas (MIMO) tengan una mayor facilidad de implementación, esto favorece según el medio de hasta cuadruplicar la eficacia de transmisión de datos.

Para conseguir una mayor eficiencia, el sistema se realimenta con las condiciones del canal, adaptando continuamente el número de subportadoras asignadas al usuario en función de la velocidad que éste necesita y de las condiciones del canal. Si la asignación se hace rápidamente, se consigue cancelar de forma eficiente las interferencias co-canal y los desvanecimientos rápidos, proporcionando una mayor eficiencia espectral.

Al igual que WiMAX, esta tecnología ofrecerá servicios de banda ancha inalámbrica (como EVDO), pero en vez de transmitir señales a través de microondas, LTE utiliza una plataforma de radio.

Las características principales de LTE-Advanced son las siguientes: Está basado en LTE y permite una evolución gradual para los operadores móviles. Es

espectralmente compatible con LTE. Conserva el sistema de acceso SC-FDMA para el enlace ascendente y mejora la tasa de

transmisión mediante MIMO. Maneja anchos de banda de hasta 100 Mhz. Permite operación MIMO mejorada. En el enlace descendente permite MIMO de alto

orden (hasta 8x8) y MIMO multiusuario para manejar la interferencia de antenas correlacionadas. En el enlace ascendente soporta MIMO monousuario.

Para implementar LTE Advanced hay necesidad de contar con un espectro muy amplio para poder aprovechar al máximo todas sus prestaciones. LTE Advanced presenta como ventaja que se puede utilizar desde menos de 2 MHz hasta 20MHz, y ciertamente cuanto menos espectro se utilice menos velocidades se obtienen. Lo que realmente importa es mencionar que LTE Advanced es muy flexible en el uso del espectro.

LTE Advanced goza de diferentes ventajas que hacen que sea el sistema a utilizar en el futuro con total seguridad y fiabilidad. Entre estas ventajas destaca el poder ofrecer servicios más rápidos y económicos, aumentando la velocidad y eficiencia espectral. Con esto disminuirá la latencia y reducirá el costo por bit.

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