SISTEMAS
MOVIL-CELULAR
HISTÓRICA.
El sistema de telefonía celular está diseñado para proveer servicios
móviles, mediante un plan de frecuencias, de cobertura angular o radial
mediante celdas sobre un área definida. El primer sistema se puso en
uso en USA luego de la Segunda Guerra Mundial y operaba con conmutación
manual en onda métrica. En 1946 la FCC (Federal Communication Commission)
garantizó a AT&T (American Telephone & Telegraph) la licencia
para telecomunicaciones móviles en St. Louis del tipo Trunking de 120 kHz
con modulación FM, y en 1949 reconoce el nuevo servicio de radio móvil.
Anteriormente, en los años `20, la policía de New Jersey
Primera
Generación
En la primera generación de telefonía
móvil celular se adopto la técnica de acceso FDMA/FDD (Frequency Division
Multiple Access.
/ Frecuency Division Duplex), la cual utilizaba el Acceso Múltiple por División
de Frecuencia y dos frecuencias portadoras distintas para establecer la
comunicación TX y RX.
En Norteamérica a partir de 1981
comenzó a utilizarse el sistema AMPS (Advanced Mobile Phone Service), el cual
ofrecía 666 canales divididos en 624 canales de voz y 42 canales de
señalización de 30 Khz cada uno
Europa introduce en 1981 el
sistema Nordic Mobile Telephone System o NMTS450 el cual empezó a operar en
Dinamarca, Suecia, Finlandia y Noruega, en la banda de 450 MHz.
En 1985 Gran Bretaña, a partir de AMPS,
adoptó el sistema TACS (Total Access Communications
System), el cual contaba con 1000 canales de 25 Khz cada uno y operaba en la
banda de 900 MHz.
En esta década también aparecen otos
sistemas de primera generación como el NTT, estándar japonés, el C-Netz
estándar Alemán y French Radiocom. 2000 de Francia entre
otros.
Solo servicio de voz se podía prestar
con las tecnologías de primera generación.
Con tantos estándares diferentes,
los proveedores europeos
sufrieron las consecuencias de una diversidad de normas incompatibles entre sí.
El reconocimiento de este problema fue
un factor que impulsó el desarrollo del
estándar GSM para
las comunicaciones móviles. En 1982, cuando aparecieron los primeros servicios
celulares comerciales, la CEPT (Conférence Européenne des Postes et
Télécommunications) tomó la iniciativa de poner en marcha un grupo de trabajo,
llamado Groupe Spécial Mobile (GSM), encargado de especificar
un sistema de comunicaciones móviles común para Europa en
las banda de 900 MHz, banda que había sido reservada por la World
Administrative Radio Conference en 1978. El GSM comenzó como una norma europea
para unificar sistemas móviles digitales y fue diseñado para sustituir a más de
diez sistemas analógicos en uso y que en la mayoría de los casos eran
incompatibles entre sí. Después de unas pruebas de
campo en Francia de 1986 y de la selección del método de
acceso Time Division Multiple Access (TDMA) en 1987, 18 países firmaron en 1988
un acuerdo de intenciones (MOU: Memorandum of understanding): En
este documento los países firmantes se comprometían a cumplir las
especificaciones, a adoptar este estándar único y a poner en marcha un servicio
comercial GSM, que ofrece seguimiento automático de los teléfonos móviles en su
desplazamiento por todos los países. Conforme se desarrolló, GSM mantuvo el
acrónimo, aunque en la actualidad signifique Global System for Mobile
communications.
En Norteamérica, el objetivo principal
de un nuevo estándar digital era aumentar la capacidad dentro de la banda de
800 MHz existente. Un prerrequisito es que los teléfonos móviles debían
funcionar con los canales de habla analógicos ya existentes y con los nuevos
digitales (Dual Mode). A partir de esto se empleó el termino Digital
AMPS (D-AMPS) que se refiere a IS-54B, y que define una interfaz digital con
componentes heredados de AMPS. La especificación IS-36 es una evolución completamente
digital de D-AMPS. A causa de estos requisitos, fue natural el elegir un
estándar TDMA de 30 KHz puesto que los sistemas analógicos existentes trabajan
ya con esta anchura de canales. En este sistema se transmiten tres canales por
cada portadora de 30 Khz.
A principios de
la década de los 90, también aparece un nuevo estándar el cual utiliza el
método de acceso CDMA (Code Division Multiple Access). El estándar CDMAOne o
IS-95, fue una tecnología desarrollada
por Qualcomm y consiste en que todos usan la misma frecuencia al mismo tiempo
separándose las conversaciones mediante códigos.
Estas tecnologías de segunda generación
ofrecían las siguientes características:
- Mayor calidad de las transmisiones de voz
- Mayor capacidad de usuarios
- Mayor confiabilidad de las conversaciones
- La posibilidad de transmitir mensajes
alfanuméricos. Este servicio permite enviar y recibir cortos mensajes que
puedan tener hasta 160 caracteres alfanuméricos desde un teléfono móvil.
- Navegar por Internet mediante WAP (Wireless Access Protocol)
Los avances que en materia de
sistemas de tercera generación adelanta la Unión Internacional de
Telecomunicaciones (ITU), a finales de los años ochenta, se denominaron en un
principio como Futuros Sistemas Públicos de Telecomunicaciones Móviles
Terrestres (FPLMTS – Future Public Land Mobile Telecommunication System)
Actualmente se le ha cambiado de nombre y se habla del Sistema de
Telecomunicaciones Móviles Internacionales (IMT-2000, International Mobil
Telecommunication-2000) creado con el objetivo de valorar y especificar los
requisitos de las normas celulares del futuro para la prestación de servicios
de datos y multimedia a alta velocidad
IMT International Mobil
Telecomunications
IMT-2000 es una norma de la ITU
para los sistemas de la 3a. generación que proporcionará acceso inalámbrico a
la infraestructura de telecomunicaciones global por medio de los sistemas
satelitales y terrestres, para dar servicio a usuarios fijos y móviles en redes
públicas y privadas en siglo XXI.
Objetivos de IMT2000
Los objetivos primarios de ITU para
IMT-2000 son:
- La eficacia operacional,
particularmente para los datos y servicios de multimedia,
- Flexibilidad y transparencia
en la provisión de servicio global,
- La tecnología conveniente
para reducir la falta de telecomunicaciones, es decir ofrecer un costo accesible para millones
de personas en el mundo que todavía no tienen teléfono.
- La incorporación de toda una
variedad de sistemas.
- Alto grado de uniformidad
de diseño a escala mundial.
- Alto nivel de calidad,
comparable con la de una red fija.
- Utilización de una terminal
de bolsillo a escala mundial.
- La conexión móvil-móvil y
móvil-fijo.
- La prestación de servicios
por más de una red en cualquier zona de cobertura.
REQUERIMIENTOS DE UN
SISTEMA DE TERCERA GENERACIÓN
- Alta velocidad en transmisión
de datos, hasta 144 Kb/s, velocidad de datos móviles (vehicular); hasta
384 Kb/s, velocidad de datos portátil (peatonal) y hasta 2 Mb/s, velocidad
de datos fijos (terminal estático).
- Transmisión de datos
simétrica y asimétrica.
- Servicios de conmutación de
paquetes y en modo circuito, tales como tráfico Internet (IP) y video en tiempo real.
- Calidad de voz comparable con
la calidad ofrecida por sistemas alámbricos.
- Mayor capacidad y mejor eficiencia del espectro con
respecto a los sistemas actuales.
- Capacidad de proveer
servicios simultáneos a usuarios finales y terminales.
- Incorporación de sistemas de
segunda generación y posibilidad de coexistencia e interconexión con
servicios móviles por satélite.
- Itinerancia internacional
entre diferentes operadores (Roaming Internacional).
Los sistemas de tercera generación
deberán proveer soporte para aplicaciones como:
- Voz en banda estrecha a
servicios multimedia en tiempo real y banda ancha.
- Apoyo para datos a alta
velocidad para navegar por la world wide
web, entregar información
como noticias, tráfico y finanzas por técnicas de empuje y acceso
remoto inalámbrico a Internet e intranets.
- Servicios unificados de
mensajes como correo electrónico multimedia.
- Aplicaciones de comercio electrónico móvil, que
incluye operaciones bancarias y compras móviles.
- Aplicaciones audio/video en
tiempo real como videoteléfono, videoconferencia interactiva, audio
y música, aplicaciones multimedia
especializadas como telemedicina y supervisión remota de seguridad.
En Europa, el Instituto Europeo de
Telecomunicaciones (ETSI) ha propuesto la norma paneuropea de tercera
generación UMTS (Universal Mobile telecommucation System). UMTS es miembro
de la familia global IMT-2000 del sistema
de comunicaciones móviles de "tercera generación" de UIT.
En Estados Unidos el Instituto Americano de
Estándares (ANSI) sigue trabajando en la evolución de sistemas AMPS/IS-136 y
CDMA/IS-95. Por otra parte, en Japón la Asociación de Industrias de la Radio y Radiodifusión (ARIB)
también está trabajando en CDMA para la elaboración de normas de tercera
generación.
Los organismos regionales de normalización ETSI (Europa), TIPI (EUA),
ARIB (Japón) y TTA (Corea) trabajaron en propuestas separadas de la norma
W-CDMA, estos entes regionales sumaron esfuerzos en el Proyecto de Asociación 3G (3GPP), y
hoy en día existe una norma conjunta W-CDMA.
La ITU recibió tres familias de
propuestas PDD (WCDMA, cdma 2000 y UWC 136) y tres propuestas TDD (UTRA /TDD,
TDD-SCDMA y DECT). Posteriormente se han coordinado esfuerzos para
armonizar los candidatos IMT- 2000 y finalmente disponer de las normas
comprimidas de 3era Generación.
Asignación del
espectro para IMT-2000
La asignación de espectro para
IMT-2000 se realizó en la Conferencia Administrativa Mundial de
Radiocomunicaciones 1992, WARC 92, asignando 230 MHz en las bandas 1885-2025
MHz y 2110-2200 MHz
IMT-2000 comprende también una
componente satelital que facilitará los aspectos de roaming internacional, así
como la obtención de comunicaciones en lugares donde no haya disponibilidad de
sistemas terrestres, complementando las celdas Macro, micro y pico.
Debido al crecimiento de Internet,
las Intranets, el correo y el comercio electrónico y los servicios de
transmisión de imágenes y sonido; han elevado lademanda de servicios de banda ancha, teniéndose que incrementar los
requerimientos de espectro para IMT-2000.
La Conferencia Mundial de
Radiocomunicaciones WRC-2000 celebrada en Estambul en el año 2000, proporciona
tres bandas extras quedando compuesto el espectro para IMT-2000 de la siguiente
forma:
Interfases de aire IMT-2000
Uno de los elementos mas
importantes para la definición de las características operativas del IMT-2000,
es la selección de la Tecnología de Transmisión e Radio (RTT), también denominada
interfase de aire, parte del sistema que transporta una llamada entre la
estación base o móvil y la terminación del usuario.
En 1998 la UIT denominó RTT (Radio
Transmission Technology) a las tecnologías que harían de interfaz de aire entre
las estaciones base y los terminales móviles. Las distintas interfaces
propuestas ante la Unión Internacional de telecomunicaciones están basadas en
CDMA que se acompañan de tres modalidades de operación, cada una de las cuales
podría perfectamente funcionar sobre la red base de GSM (GSM-MAP) y sobre la
red base CdmaOne (IS-41).
Las especificaciones técnicas de
las RTT terrestres fueron aprobadas en la WRC-2000 y se definieron como sigue:
- IMT-2000 CDMA Direct Spread
(UTRA W-CDMA)
- IMT-2000 CDMA Multi-Carrier (CDMA-2000)
- IMT-2000 CDMA TDD (UTRA
TD-CDMA)
- IMT-2000 TDMA Single-Carrier
(UWC-136)
- IMT-2000 FDMA/TDMA (DECT).
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EVOLUCIÓN DE LOS
SISTEMAS CELULARES A 3G
Los distintos entes involucrados
en los sistemas 3G han propuesto, básicamente, dos sistemas de tercera
generación: CDMA2000 Y UMTS.
En los siguientes diagramas se muestra la evolución de los sistemas
celulares hacia la tercera generación.
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En la tabla siguiente se muestra
en el tiempo las fases de evolución hacia 3G.
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Camino evolutivo de
las redes CDMA
El camino evolutivo de CDMA a
IMT-2000 empieza con la propuesta de Qualcomm de un nuevo sistema basado en técnicas
de espectro ensanchado. Esta propuesta, que luego fue estandarizada como IS-95,
es el primer sistema CDMA móvil en desarrollo comercial. El acceso de
multiplexación por división de códigos de banda estrecha (CDMA) IS-95 estipula
un espaciamiento de portadora de 1.25MHz para servicios de telefonía. La
Telecomunications Industry Association "TIA" empezó a definir esta
especificación en 1991.
En el siguiente esquema se muestra
el camino evolutivo que tiene que seguir las redes CDMA para llegar a 3G.
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CdmaOne
Es un nombre comercial de marca registrada, reservado para
uso exclusivo de las empresas que son miembros de CDG
(Cdma Development Group). El mismo describe un sistema inalámbrico completo que
incorpora la interfaz aérea IS-95 CDMA y la norma de la red ANSI-41 para la
interconexión por conmutación, además de muchas otras normas que integran el
sistema inalámbrico completo.
CdmaOne / IS-95-A
La tecnología CdmaOne / IS-95-A
ofrece soporte a señales de voz conmutados por circuitos y datos (conmutados por
circuitos o paquetes), con velocidades de hasta 14,4kbps. Debido al enfoque
inicial de proveedores y operadoras en señales de voz. Históricamente la
CdmaOne/IS-95-A ha sido utilizada sólo para voz conmutada por circuitos y, más
recientemente, para un pequeño volumen de datos conmutados por
circuitos.
CdmaOne/IS-95-B
La tecnología CdmaOne/IS-95-B
ofrece soporte a señales de voz conmutados por circuitos y datos, conmutados
por paquetes. Las empresas KDDI, en Japón, y SKT, en Corea, están implementando
esa tecnología desde 1999. En teoría, ella provee tasas de datos de
hasta 115kbps, y alcanza, generalmente, valores prácticos de 64kbps. La
CdmaOne/IS-95-B ahora está siendo sustituida por la CDMA2000 1X, de mayor
capacidad y velocidad, y difícilmente será implementada en otras regiones.
Cdma2000
Identifica la norma TIA para
tecnología de tercera generación, que es un resultado evolutivo de CdmaOne, el
cual ofrece a los operadores que han desplegado un sistema CdmaOne de segunda
generación, una migración transparente que respalda
económicamente la actualización a las características y servicios 3G, dentro de
las asignaciones del espectro actual, tanto para los operadores celulares como
los de PCS. La interfaz de red definida para cdma2000 apoya la red de segunda
generación de todos los operadores actuales, independientemente de la
tecnología: CdmaOne, IS-136 TDMA o GSM). La TIA ha presentado esta norma ante
la ITU como parte del proceso IMT-2000 3G.
A fin de facilitar la migración de
CdmaOne a las capacidades de cdma2000, ofreciendo características avanzadas en
el mercado de una manera flexible y
oportuna, su implementación se ha dividido en dos fases evolutivas.
Cdma2000 Fase I:
Las capacidades de la primera fase
se han definido en una norma conocida como
1XRTT. La publicación de la 1XRTT
se hizo en el primer trimestre de 1999. Esta norma introduce datos en paquetes
a 144 Kbps en un entorno móvil y a mayor velocidad en un entorno fijo. Las
características disponibles con 1XRTT representan un incremento doble, tanto en
la capacidad para voz como en el tiempo de operación en espera, así como una
capacidad de datos de más de 300 Kbps y servicios avanzados de datos en
paquetes.
Adicionalmente extiende
considerablemente la duración de la pila y contiene una tecnología mejorada en
el modo inactivo. Se ofrecerán todas estas capacidades en un canal existente de
1.25 MHz de CdmaOne.
Cdma2000 Fase II:
La evolución de CdmaOne, hasta
llegar a las capacidades completas de cdma2000, continuará en la segunda fase e
incorporará las capacidades de 1XRTT, usara tres portadoras de 1,25 MHz en un
sistema multiportadora para prestar servicios de banda ancha de 3G.
Cdma 3XRTT proporcionará velocidad
de circuitos y datos en paquete de hasta 2 Mbps, incorporará capacidades
avanzadas de multimedia e incluirá una estructura para los servicios de voz y
codificadores de voz 3G, entre los que figuran los datos de paquetes de
"voice over" y de circuitos.
Cdma2000 1XEV
Basado en el estándar 1X, el
sistema 1XEV mejora la velocidad de procesamiento de datos, obteniendo
velocidades máximas de 2 Mbits/seg., sin tener que utilizar más de 1,25 MHz del
espectro. Los requisitos para los operadores recién establecidos con respecto a
1XEV establecen dos fases. En la primera Cdma2000 1XEV-DO usa
un transportista separado de 1.25 MHz para datos y ofrece velocidades de datos
en punta de 2.4 Mbps. La fase 2,Cdma2000 1X EV-DV se centra
en las funciones de datos y de voz en tiempo
real, así como en la mejora del funcionamiento para mayor eficiencia en voz y
en datos.
En el siguiente gráfico podemos
apreciar las diferentes fases de las redes cdma según su velocidad de datos y
aplicaciones:
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Camino evolutivo de
las redes GSM
El camino evolutivo de las redes
GSM se va a realizar de la forma que indica el siguiente gráfico:
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High Speed Circuit-Switched Data
(HSCSD)
Estandarizado por ETSI SMG2. Se
trata de un servicio derivado de GSM que dedica múltiples ranuras de tiempo a
un sólo usuario de forma de incrementar la tasa de datos sin cambiar la
interfaz de radio alcanza velocidades de 14.4 Kbps por canal y se obtienen
modificando el códigoconvolucional original de GSM.
Se pude usar dos configuraciones:
simétrica o asimétrica (distinto número de ranuras en cada dirección).
Las aplicaciones típicas
corresponden a elevados volúmenes de información: fax, acceso a bases de datos,
imágenes, etc.
General Packet Radio System (GPRS)
Estandarizado por ETSI dentro de
GSM phase2+ (2.5G).
GPRS es un servicio paquetizado
diseñado para: transmisión frecuente de pequeños volúmenes de datos (por
ejemplo, navegación de Internet).
Transmisión infrecuente de
volúmenes moderados de datos (por ejemplo, acceso a archivos).
No está diseñado para voz
paquetizada.
Ofrece servicios de transmisión
punto-a-punto (PTP) y punto-a-multipunto (PTM).
Enhanced Data Rates
for
GSM Evolution (EDGE)
EDGE es un estándar 3G aprobado
por la ITU, y está respaldado por el Instituto Europeo de Estándares de
Telecomunicaciones (ETSI)
EDGE se puede desplegar en
múltiples bandas del espectro y complementa a UMTS (WCDMA)
Además se puede desplegar en las
bandas de frecuencia 800, 900, 1800 y 1900 MHz actuales y puede servir como la
vía a la tecnología UMTS (WCDMA).
Es una solución 3G diseñada
específicamente para integrarse al espectro existente, permitiendo así a que
los operarios ofrezcan nuevos servicios de 3G con licencias de frecuencia
existente al desarrollar la infraestructura inalámbrica actual.
Los operarios de TDMA pueden
escoger desplegar una combinación de GSM, GPRS, EDGE y UMTS (WCDMA) en varias
bandas dependiendo de lasegmentación específica de sus clientes y las estrategias del espectro.
EDGE ofrece servicios de Internet
Móvil con una velocidad en la transmisión de datos a tres veces superior a la
de GPRS.
El equipo de EDGE también opera
automáticamente en modo de GSM.
EDGE será importante para los
operarios con redes de GSM o GPRS que se desarrollarán en UMTS; mejorar la
infraestructura de GSM con EDGE es una manera eficiente de lograr una cobertura
de 3G complementaria en la red consistente al volver a emplear lo invertido en
la tecnología de 2G.
Incrementar las tasas de bit de
GSM
Re-usar tanto de la capa física de GSM como sea posible.
Existen dos modalidades: EDGE GPRS
(EGPRS) y EDGE Circuit Switched Data (ECSD).
Usa codificación de canal
adaptativa y Modulación (GMSK y 8-PSK)
Soporta tasas de bits hasta 384
Kbps usando hasta 8 ranuras GSM
Emplea redundancia incremental a
fin de mejorar la eficiencia en el uso del canal
apropiado para aplicaciones con
requerimientos de retardo relajados.
Entre todas las tecnologías
consideradas para la interfaz de aire de UMTS, ETSI eligió en enero de 1998 la
nueva tecnología WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), en operación
FDD (Frequency Division Duplex) espectro pareado, aunque también se ha tenido
en cuenta la TD/CDMA en operación TDD (Time Division Duplex) espectro
no-pareado para uso en recintos cerrados, lo que constituye la solución llamada
UTRA. WCDMA es una técnica de acceso múltiple por división de código que emplea
canales de radio con un ancho de banda de 5 MHz.
