Telefonía Movil

Telecomunicaciones. Telefonos. Radio. Sistemas celulares. Comunicaciones móviles digitales. GSM (Global System for Mobile Communications). Transmisión. Codificación. Modulación. Amplificación. Recepción. Tarjeta SIM (Subscriber Identity Module). Averías

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TELEFONIA MÓVIL

9.1 COMUNICACIONES MÓVILES

La última revolución en las comunicaciones la ha protago­nizado la aparición de los teléfonos móviles. A mediados de 1999 en todo el mundo se superaban los 350 millones de usuarios del teléfono móvil y, de seguir a este ritmo, en el plazo de tres años esta cifra se duplicará, alcanzando los 700 millones, una cifra comparable a la de líneas fijas que están en servicio. Las comunicaciones móviles han supera­do las limitaciones que presentaba el teléfono fijo conven­cional, al estar limitado al ámbito de un lugar determinado como la vivienda o el lugar de trabajo. De todos modos, las comunicaciones móviles no son algo tan nuevo como nos pueda parecer, ya que llevan mucho tiempo funcionando, como las líneas de enlace con barcos en alta mar o en avio­nes; la diferencia ahora está en la extensión.

La telefonía móvil ofrece el acceso a los abonados de te­lefonía vía radio, para que puedan realizar y recibir llama­das dentro del área de cobertura del sistema. La transmisión por radio ocupa lo que llamamos espectro de frecuencias o radioeléctrico, que se define como el rango de frecuencias utilizables para las comunicaciones que, al ser un recurso escaso, son algo muy valioso y limitado.

Las primeras redes móviles terrestres surgieron para dar servicio a organismos y servicios públicos como la policía. médicos, servicios de emergencia, etc., que han dispuesto de comunicaciones móviles desde hace bastantes años. Son servicios privados, no conectados a la red telefónica con­mutada. La cobertura puede ser tan grande como sea nece­sario, siempre teniendo en cuenta la limitación de frecuencias. Para salvar el problema de la limitación de frecuencia, en áreas con un gran número de usuarios se utilizan técnicas de compartición de frecuencias denominadas trunking.

  • TELEFONIA VIA RADIO

  • Actualmente existen dos modalidades de transmisión en las comunicaciones móviles: la analógica y la digital. La pri­mera apareció antes, en 1982.

    El crecimiento de la demanda del servicio de telefonía móvil analógica empezó a crear problemas en cuanto a la capacidad de los sistemas, provocando la saturación del espectro radioeléctrico, por lo Que fue necesario desarrollar sistemas digitales, los cuales soportan un mayor número de usuarios y proporcionan una mayor calidad en la transmisión.

    Todos los sistemas de comunicaciones móviles están constituidos por los siguientes elementos:

    • Estaciones fijas.

    • Equipos de control.

    • Estaciones móviles.

    Las estaciones fijas son las instalaciones no móviles que conectan, directamente vía radio, con las estaciones móvi­les. Pueden ser estaciones base o estaciones repetidoras. Dan servicio dentro de su área de cobertura, cuya extensión depende de la potencia emitida.

    Los equipos de control establecen el encaminamiento de las comunicaciones, la señalización, determinan la situación del móvil y lo identifican. También sirven para enlazar con la red "pública conmutada.

    Las estaciones móviles son muchas, como los teléfonos portátiles o los equipos buscapersonas.

    A diferencia de las estaciones fijas, los móviles emiten con una potencia muy pequeña, de 0,8 a 20 W, por lo que su cobertura de emisión es también pequeña. Esto se solu­ciona con la instalación, en cada zona de cobertura, de una estación fija de repetidores, los cuales reciben la señal en su zona de influencia y la vuelve a emitir hasta la estación base. Esto se realiza generalmente a través de línea con­vencional, no por vía radio.

    Los canales radioeléctricos de los móviles y de las esta­ciones base deben escogerse cuidadosamente para evitar interferencias entre ellos.

    9.3. SISTEMAS CELULARES

    Los primeros sistemas móviles consistían en una estación base sobre un terreno elevado con su transmisor y receptor. Aunque la cobertura era grande, el número de canales dis­ponibles era pequeño, por lo que no soportaban un aumen­to de la demanda. Para solucionar estos problemas se crea­ron nuevos sistemas que se basaban en el concepto de sistema celular.

    Un sistema celular consiste en dividir en células la zona en la que se da el servicio, constando cada una de ellas de una estación de radio que restringe su zona de cobertura. De esta forma, el espectro de frecuencias puede volver a ser reutilizado en cada célula, con la precaución de evitar las interferencias entre células próximas.

    Si un canal a cierta frecuencia cubre un área de radio R, para que la misma frecuencia pueda reutilizarse para cubrir otra área fuera del alcance de cobertura del primero se uti­lizan diversos patrones de repetición, denominados claus­tros. A cada área de cobertura se le denomina célula, y a to­das aquellas células que usan la misma frecuencia de portadora se las llama cocélulas.

    Estas cocélulas se colocan con una separación suficiente como para que la interferencia sea tolerable.

    El motivo de utilizar hexágono s en lugar de círculos como estructura de cada célula es que, si fueran circulares, al utilizar antenas omnidireccionales aparecerían zonas de solapamiento y zonas con huecos, lo que dificultaría la pla­nificación de frecuencias.

    El conjunto de canales disponibles para un sistema celu­lar se asigna a un conjunto de células que constituyen un cluster o racimo. El mismo conjunto de canales puede repetirse o reutilizarse sólo en otros clusters.

    El número de células que forman un cluster determina lo que se denomina el patrón de repetición. Debido a imposi­ciones geométricas, sólo hay unos patrones posibles, siendo los más comunes los de 4, 7 Y 12 células por cluster. Cuan­to menor sea el patrón de repetición, más canales estarán disponibles por célula y mayor será la capacidad de tráfico del sistema, pero también será menor la distancia entre co­células y, por consiguiente, mayor será la posibilidad de in­terferencias.

    Veamos ahora algunos términos utilizados en telefonía móvil:

    • Hand-over o hand-off: Se trata de los cambios de ca­nales necesarios para evitar que la comunicación se interrumpa al moverse de una celula a otra.

    • Localización o roaming: Es el proceso de control de la calidad de la señal y la recomendación del cambio de canal, es decir, el seguimiento del móvil.

    • Pagin: Es la determinación de la disponibilidad de un movil para recibir llamadas.

    • Acceso: Es el comienzo de una llamada, iniciado por el movil

    Las principales características de un sistema celular son:

    · El gran número de usuarios que pueden utilizar el sis­tema.

    · Una gran cobertura.

    · Una eficaz utilización del espectro radio eléctrico.

    9.3.1 Estructura

    La estructura general de los sistemas celulares tiene los si­guientes elementos:

    · Las estaciones móviles o MS (Mobile Station).

    · Las estaciones base o BS (Base Station).

    · Los centros de conmutación de móviles o MSC (Mo­bile Station Center).

    · Las centrales de telefonía pública conmutada o PSTN (Public Station Telephone Net).

    · Las centrales de conexión a las redes públicas de datos.

    • Estación móvil

    Es la interfaz entre el abonado y la estación base. Transmite la voz y desempeña funciones de control y señalización. Cada llamada que inicia el móvil lleva la identificación de abonado y el número al que se va a llamar. Para un uso más eficiente del canal, los dígitos se almacenan en una memoria y se envían una vez que se han marcado todos.

    • Estación base

    Las estaciones base son las que establecen las llamadas desde y/o hacia las unidades móviles que se encuentran en su célula respectiva. Se conectan al centro de conmutación de móviles por medio de cable o radio.

    Están formadas por dos partes: la parte de radio que está constituida por transmisores, receptores, torre y antenas, y la parte de control, que comprende un sistema de micropro­cesador que controla la supervisión de las llamadas y com­prueba el nivel de señal para recomendar al móvil el hand-off.

    • Centro de conmutación de móviles

    El centro de conmutación de móviles o MSC es una central telefónica que controla la conexión entre las unidades mó­viles y la red telefónica fija. El área bajo control de un mismo MSC se denomina área de servicio y su número de células es variable.

    El abonado móvil que se encuentra dentro del área de servicio en la cual está dado de alta se denomina abonado local. Por el contrario, si se encuentra en otra área de servi­cio distinto, se denomina abonado visitante.

    Las principales funciones que se realiza en un MSC son el pagin, el roaming, el hand-off y funciones propias de una central digital, como la señalización, la conmutación y la conversión analógica/digital.

    • Central de la red pública

    La central de la red telefónica conmutada pública o PSTN gestiona a los centros de conmutación de móviles igual que a centrales telefónicas normales de la red pública fija.

    9.3.2 Funcionamieto

    Cuando un teléfono móvil sale de su área de servicio a otra, manda una señal a la nueva MSC comunicándola que se encuentra en su zona. Esta MSC informa a la MSC del móvil de la presencia de su usuario y 10 registra como visi­tante. Cuando se reciba una llamada para éste, la MSC de su área redirigirá dicha llamada a la MSC del área que vi­sita. Éste es el proceso comentado anteriormente de roa­ming o seguimiento

    • Proceso de llamada desde un móvil a un abonado fijo

    El móvil recibe el número de canales de acceso disponibles en la zona de cobertura en la cual se encuentra. Explora to­dos estos canales, sintonizándose con el de más intensi­dad. El móvil envía el número al que llama y su propia identificación. La estación base recibe esta información y la manda al centro de conmutación de móviles (MSC).

    A su vez, la MSC envía el número llamado a la red pú­blica conmutada RPC y completa el camino de conexión al número llamado.

    • Proceso de llamada desde un abonado fijo a un móvil

    La red pública conmutada envía la llamada al MSC en la que está registrado el abonado móvil. El MSC indica a todas sus estaciones base que transmitan el número del móvil llamado. Éste identifica su número, sintoniza el canal de acceso con más intensidad y envía una señal de recepción del mensaje. La estación base reenvía este reconocimiento al MSC.

    El MSC selecciona un canal libre de la estación base e indica al móvil que se sintonice a ese canal. Se envía un tono de aviso al móvil, a la vez que se envía un tono de lla­mada al abonado que ha iniciado la llamada.

    9.4. COMUNICACIONES MÓVILES DIGlTALES

    Los servicios moviles analogicos fueron los primeros en implantarse. En España se ha adoptado el sistema T ACS­ 900, derivado de otro americano, que funciona en la banda de 900 MHz y está multiplexado en frecuencia (FDM).

    En nuestro país este sistema fue introducido en el año 1989 por Telefónica y explotado con el nombre comercial de MoviLine, presentando una gran cobertura, que en 1998 era casi del 100% del territorio. Las comunicaciones son analogicas, pero todo el control de la red se realiza de forma digital. Los servicios que ofrece son prácticamente los mismos que la red conmutada convencional, pero am­pliando las posibilidades de prestación de servicios, como desvíos de llamadas, indicación de llamadas en espera, res­tricción de numeración, buzón de mensajes, etc.

    La solución analógica es satisfactoria, pero su creci­miento no es posible. Para resolver este problema, mejorar la calidad de la comunicación y ofrecer más servicios, se han desarrollado varios sistemas digitales que se están im­plantando con rapidez en todo el mundo.

    En 1982, en Europa se decidió el inicio de los trabajos de especificación de un servicio de comunicaciones móviles totalmente digital, y se creó un grupo de trabajo que dio nombre a la norma: GSM (Groupe Speciale Mobile). La norma GSM se publicó en 1991 y los primeros sistemas se instalaron al año siguiente. En España comenzaron a fun­cionar a finales de 1995.

    Paralelamente al GSM, se han definido otros sistemas de telefonía móvil digital, como ADC, en Estados Unidos y IDC, en Japón.

    9.4.1 El sistema GSM

    Dentro de la telefonía móvil, a menudo se confunden los te­léfonos celulares y los teléfonos sin hilos o cordless. La di­ferencia es importante, ya que los primeros suponen una co­bertura amplia a nivel nacional o internacional, mientras que los teléfonos cordless suponen una cobertura limitada a una oficina o vivienda. Los estándares fundamentales en es­tos dos sistemas de telefonía móvil son, por un lado, el DECT (Digital European Cordless Telecommunications) para teléfonos sin hilos y, por otro, GSM, sistema de tele­fonía digital móvil celular que ya hemos comentado.

    El GSM tiene como principales ventajas con respecto a los sistemas analógicos la mejora de la calidad, la confi­dencialidad de la información y de la identidad de los usuarios, y la introducción de nuevos servicios, como los servi­cios de datos y el de mensajes alfanuméricos cortos que el usuario puede visualizar en su propio terminal, así como la posibilidad de enviar y recibir correo electrónico. Además, ofrece menos riesgos de interferencia radioeléctrica en las comunicaciones y una mayor segundad, tanto en los robos de tarjetas, mediante un código de seguridad requerido por el terminal cada vez que éste sea activado, el PIN (Personal Identification Number), como de terminales mediante un sistema de control de equipos robados. Además, también tiene otras facilidades adicionales, como el buzón de voz, desviaciones y restricciones de llamadas, etc. Pero, ade­más, una de sus principales ventajas es ofrecer un roaming internacional, con lo que se unifica la telefonía móvil en Europa.

    9.4.2 Especificaciones GSM

    La Unión Europea consideró conveniente establecer un único sistema para un mercado potencial de unos 10 millones de abonados en el año 2000. Este nuevo sistema, además, de­bería implementar mejoras con respecto a sistemas anterio­res, para lo cual necesitaba cumplir unos requisitos básicos:

    · Capacidad de seguimiento automático, tanto nacional como internacional.

    · Gran capacidad de tráfico.

    · Número único de teléfono del usuario.

    · Coexistencia con los sistemas anteriores.

    · Mejoras en la calidad de servicio y mayores facilidades que en otros sistemas de telefonía móvil existentes.

    · Posibilidad de interconexión con la RDSI (Red Digital de Servicios Integrados).

    · Inclusión de servicios no telefónicos.

    · Posibilidad de utilización de terminales de usuario de tamaño reducido.

    · Mayor seguridad en la transmisión de voz.

    · Baterías de los teléfonos móviles más eficaces.

    · Utilización de los sistemas de señalización avanzados.

    · No aumento del coste para el usuario.

    La recomendación GSM se inició estableciendo una ban­da común de frecuencias y desarrollando especificaciones para las interfaces entre las distintas unidades funcionales básicas, dejando un amplio margen de libertad de diseño para estimular así la competitividad entre los posibles fa­bricantes de estos equipos. Según esto, se siguieron las si­guientes directrices:

    · Estructura celular.

    · Uso de una banda común reservada para GSM en todos los países participantes.

    · Arquitectura OSI (Open Systems Interconection) surgida por la necesidad de interconectar sistemas de distintos fabricantes que utilizaban sus propios protocolos para el intercambio de señales.

    · Sistema de acceso múltiple por división en el tiempo de banda estrecha.

    · Control de potencia y de transmisión/recepción.

    · Señalización avanzada.

    Las orientaciones que han desarrollado estas especifica­ciones las proporcionaron las siguientes directrices:

    · Utilización de una banda común, reservada al GSM en todos los países participantes.

    · Control de potencia y transmisión/recepción.

    9.4.3 Caracteristicas tecnicas

    El GSM se diferencia de los anteriores sistemas (analógicos) en que es un sistema de banda estrecha multiplexado en el tiempo, que trabaja en la banda de 900 MHz, con unas portadoras separadas entre sí 200 KHz. Como se ha explicado en temas anteriores, se realiza una segmentación en intervalos de tiempo dentro de cada una de las frecuen­cias resultantes de partir el ancho de banda disponible, por lo que cada canal puede admitir varias conversaciones en lugar de una sola, como ocurre en los sistemas analógicos. Con este salto de frecuencia se evitan las interferencias a que puede estar sometida una única frecuencia en un deter­minado momento, con lo que se mejora la calidad de la red. Otra forma de reducir las interferencias de unos canales sobre otros consiste en regular la potencia de emisión del movil mediante un circuito de control de potencia, en fun­ción de la distancia a la estación base a la que se encuentra conectado en un momento dado.

    A continuación se resumen las principales características técnicas de GSM:

    · Bandas de frecuencia:

    - Transmisión estacion movil: 890-915 MHz

    - Transmisión estacion base: 935-960 MHz

    · Separacion entre los canales de transmisión y recepcion en una comunicación duplex de 45MHz.

    · Separacion entre canales de 200 MHz.

    · Modulación GMSK (Gausian Minimum Shift Keyng).

    · Retardo compensable máximo de 223 ms.

    · PIRE (Potencia lsotrópica Radiada Equivalente) máxima de la estación base de 500 W por portadora. Este parámetro se refiere a la ganancia de la antena y la potencia entregada por el transmisor, y se define como el producto de ambos.

    · Potencia nominal de las estaciones móviles de 2, 5, 8 y hasta 20 W.

    · Las celulas tienen un radio variable, entre 35 km para las zonas rurales y 1Km para las zonas urbanas.

    · Técnica de acceso al medio: se realiza un acceso múl­tiple con TOMA (Time Division Multiple Access).

    · Canales de tráfico: se establecen dos canales de tráfico para voz y datos, respectivamente:

    - Canal de tráfico para voz: en principio sólo está de­ finido un único canal de velocidad completa. El código vocal proporciona una señal digital de 13 kb/s, con una velocidad de trama de 50 tramas/se­gundo, que vienen a ser 260 bits/trama. En un fu­turo se especificará un código de voz de 6,5 kb/s.

    - Canal de tráfico para datos: se sustentan servicios de datos de tipo transparente a velocidades de 2.400,4.800 Y 9.600 bis con diferentes procesos de adaptación de velocidad, codificación de canal y entrelazado.

    - Selección de la celula: en situación de reposo, el movil está vinculado a una célula, de forma que pueda interpretar con fiabilidad las señales de control del enlace descendente, es decir, de estación base al móvil, y pueda establecer comunicación por el as­cendente, del móvil a la estación base.

    · Localización automática: se efectúa mediante la eva­luación por parte del móvil de la señal de control y de la devolución de su identidad en la red. La localización automática debe ser posible entre los centros de con­mutación del servicio móvil de cada país y entre países.

    · La conmutación en curso o handover asegura la conti­nuidad de una comunicación, cuando el móvil pasa de la zona de cobertura de una célula a la de otra. Tam­bién puede utilizarse para disminuir una congestión de tráfico (transferencia gobernada por la red).

    · La señalización entre estaciones base y la MSC sigue un procedimiento estructurado, similar al de la RDSI. Entre las MSC se utiliza el sistema de señalización número 7 del ITU.

    · Numeración: el plan de numeración sigue las recomendaciones de la serie E del ITU.

    · Seguridad: codificación de las comunicaciones de voz y datos, y un complejo sistema de autentificación para el acceso al sistema por parte de los terminales. Todo teléfono móvil tiene varias identificaciones: un núme­ro de identificación propio, el IMEI (lnternational Mo­bile Equipment ldentity), una identificación de abona­do móvil internacional y el IMSI (International Mobile Station ldentity), incorporada en módulo de identidad de abonado SIM (Subscriber ldentily Module). Cada vez que se realiza una llamada se requiere la validación de estos números. Asimismo, cada vez que se activa el teléfono, se solicita el PIN.

    · Actualmente hay teléfonos móviles que operan en dos bandas, son los moviles duales. Estas dos bandas de frecuencias son 900MHz y 1800 MHz.

    9.4.4 Arquitectura del sistema GSM

    La arquitectura basica de un GSM esta compuesta por:

    · La central de conmutación de móviles o MSC (Mobile Switching Center), donde se realizan todas las activi­dades de gestión de las llamadas, ya sean originadas por las estaciones móviles o con destino a éstas.

    · El registro de abonados locales o HLR (Borne Location Register) almacena los datos de los abonados locales. En el registro de abonados visitantes o VLR (Visited Location Register) se inscriben temporalmente los abo­nados que no están dados de alta en su area de servicio.

    · El centro de autentificación almacena los datos identi­ficativos del abonado y de su teléfono para verificación, seguridad, autentificación y privacidad de las llama­das.

    · El controlador de las estaciones base o BSC (Base Sta­tion Controller) separa las funciones de radio de las de conmutación.

    · El transceptor de la estación base o BTS (Base Tran­seciver Station) es el que gestiona las transmisiones ra­dio de una o varias células

    ·

    9.5. FUNCIONAMIENTO DE UN TELEFONO MOVIL

    Un teléfono móvil se compone de las siguientes partes fun­cionales:

    · Transmisor.

    · Receptor.

    · Circuito de control.

    · Sistema de antena.

    · Bateria.

    El transmisor convierte la señal de voz en una señal de radio, mientras que el receptor convierte la señal de radio en señal de voz.

    El circuito de control coordina los dispositivos del siste­ma, como el teclado, el micrófono, el altavoz y el display, además del microrregulador, que gobierna la funcionali­dad global del teléfono.

    El sistema de antena permite la recepción y la transmi­sión por la atmósfera de las ondas de radio que transportan la comunicación celular.

    9.5.1 Transmisor

    El transmisor convierte las señales de voz que provienen del micrófono en señales de radio que se aplican al sistema de antena para que éste pueda propagarlo. Para realizar esta función el transmisor tiene que desarrollar una serie de pro­cesos de elaboración sobre la señal de audio procedente del micrófono. Son los siguientes:

    t

    • Conversión A/D

    La señal proveniente del micrófono es de bajo nivel, de unos cuantos milivoltios, por lo que se tiene que amplificar de manera adecuada para aplicarla al convertidor A/D y garantizar la máxima eficacia en el proceso de conversión (máxima relación señal/ruido de cuantificación). Como la banda de la señal vocal se encuentra entre 300 Hz y 3.300 Hz, la señal microfónica se filtra mediante un filtro paso bajo para eliminar todas las componentes superiores a 3300Hz.

    Mediante la conversión A/D se transforma la señal ana­lógica en señal digital, se convierte en una secuencia de nú­meros que representan correctamente a intervalos finitos la amplitud de la señal microfónica. Para este fin se utili­za la codificación MIC o PCM, explicada en el Tema 4.

    • Codificación

    La codificación en el sistema móvil digital GSM es, bási­camente, de los siguientes tipos:

    · Codificación del canal. Se utiliza una estructura de co­dificación, que consiste en concatenar dos códigos, uno externo y otro interno. La codificación de la in­formación de tráfico (voz/datos) y la de la señalización se consideran por separado, porque son dos aspectos distintos de la comunicación.

    · Codificación de los bits de la señal vocal. El código vocal utilizado en el sistema GSM es de tipo RPE-LPT (Regular Pulse Excited Long Tenn Prediction).

    .

    · Codificación de bits de señalización. Para la codifica­ción de los bits de los canales de señalización, éstos se organizan en grupos de 184 bits, y éstos, a su vez, en grupos de 4 bits.

    · Codificación para la transmisión de datos. La veloci­dad máxima de transmisión de datos en GSM se ha es­tablecido en 9,6 kbit/s.

    El codificador del teléfono móvil realiza la transforma­ción de la información PCM según las especificaciones: los principios definidos por los distintos estándares de comunicación celular.

    • Modulación

    El código binario de salida del codificador, que está en pa­ralelo, es decir, todos los bit se transmiten a la vez, se trans­forman en serie, uno tras otro, a través de un dispositivo pa­ralelo/serie y se modula a una portadora. Las técnicas de modulación utilizadas en la telefonía digital celular son va­riantes de las técnicas de modulación que se usan en la co­municación digital de los datos sobre los medios de trans­misión analógicos (comunicación módem).

    En la telefonía GSM se utiliza una variante de la modu­lación numérica de frecuencia a fase continua FSK (Fre­quency Shift Keying), caracterizada por una desviación mínima de la frecuencia. A la variante de la desviación mínima de la frecuencia se añade también un filtro gaus­siano, cuya finalidad es transformar la señal digital de forma rectangular en un impulso de forma gaussiana para pro­porcionar gradualidad a la modulación. De aquí deriva el nombre de la técnica de modulación GMSK: Gaussian Mi­nimum Shift Keying. En el estándar GSM, la técnica de modulación se denomina 0,3 GMSK, donde con 0,3 se in­dica el parámetro que caracteriza al filtro gaussiano.

    • Amplificación

    La señal modulada RF se tiene que amplificar para adquirir la potencia necesaria para que se pueda irradiar desde el sis­tema de antena y, así, alcanzar la estación de base más cer­cana. Con tal finalidad se utiliza un amplificador RF.

    9.5.2 Receptor

    El receptor convierte las señales de radio captadas por la an­tena en señales audio aplicables al altavoz, permitiendo de esta manera la escucha. Para llevar a cabo esta función el receptor desarrolla una serie de procesos sobre la señal pro­veniente de la antena:

    • Amplificación

    La amplificación de la señal procedente de la antena es necesaria, pues la señal modulada captada en la antena es muy débil. El amplificador tendrá que ser de ganancia va­riable, de manera que se compensen posibles distorsiones de la señal.

    • Demodulación

    La señal modulada captada por la antena se tiene que demodular para extraer la información necesaria para la reconstrucción de la señal vocal en recepción. La secuencia de bits de salida del demodulador mediante un conversor serie paralelo se transforma a paralelo para proporcionar al decodificador la codificación numérica de la señal vocal.

    El demodulador en la telefonía celular, con respecto al demodulador de los módems de datos, debe resolver algu­nos problemas añadidos por la movilidad del teléfono.

    Estos problemas determinan distorsiones en la señal que hay que demodular y, por tanto, errores de decodificación.

    Para evitar esto, el demodulador consta de un sistema de ecualización que mide y se adapta constantemente a las ca­racterísticas del canal. Además, para identificar y corregir los errores debidos a la distorsión de la señal, en fase de de­modulación se utilizan algunas técnicas derivadas de la transmisión digital de datos, como el CRC (Cyclic Redun­dancy Check) y la introducción de bits añadidos.

    • Decodificación

    El decodificador reconstruye la señal vocal codificada para que se pueda escuchar mediante altavoz. Aplica el principio contrario de codificación al adoptado por el codificador en la transmisión, obteniéndose la señal vocal en la forma PCM y, por tanto, se podrá aplicar al convertidor digital­-analógico.

    • Conversión DIA

    La señal vocal proveniente del decodificador está repre­sentada en forma binaria, por lo que se transforma en señal eléctrica analógica para aplicarla al altavoz. El converti­dor D/ A realiza esta función transformando los números proporcionados por el decodificador en niveles de tensión proporcionales al valor de cada uno de los números. De esta forma, la señal vocal analógica reconstruida, formada por Una serie de escalones de tensión, se aplica a un filtro paso bajo similar al aplicado de entrada al conversor A/D del micrófono.

    La señal vocal reconstruida en forma eléctrica analógica se puede aplicar al altavoz, después de haberse amplificado adecuadamente, para su reproducción en forma audio.

    9.5.3 Circuito de control

    La sección de control en un teléfono móvil coordina las funciones de elaboración de la señal y de la comunicación (transmisión y recepcion) y de administrar las funciones de entrada y llamada (teclado, display, etc.).

    La sección de control es una unidad lógica que consta de un microprocesador que coordina las tareas de control del móvil, así como memoria RAM y ROM y la correspon­diente interfaz de la tarjeta, el teclado y la pantalla.

    • Microprocesador

    De esta forma se integran en un único chip todas las fun­ciones necesarias para el control del teléfono. El micro procesador maneja dispositivos de interfaz hacia la persona, como el teclado y el display, y viceversa, dispositivos peri­féricos de comunicación como los puertos series y de tem­porización de las distintas fases operativas del sistema con­trolado.

    • Display

    El display o pantalla de visualización sirve para reflejar el número al que se llama y para la visualización de algunas informaciones de servicio, como el nivel de carga de la ba­tería, la señalación de una llamada a la que no se ha dado respuesta, mensajes de texto...

    • Teclado

    El teclado telefónico se caracteriza por tener 12 teclas más otras 4 auxiliares, teniendo un total de 16 teclas. Las 12 te­clas principales son alfanuméricas y sirven para la codifi­cación de las 10 cifras decimales (0,1... 9) y para escribir texto, disponiendo también de dos símbolos especiales (*, #) utilizados para la señalización y el coloquio entre dispositivos telefónicos; por ejemplo, entre teléfono y con­testador automático, o entre teléfono y central telefónica.

    Otras teclas auxiliares se utilizan en el teléfono móvil para activar funciones como el encendido y el apagado del teléfono, la conexión o desconexión de la línea telefónica, o el aumento y la reducción del volumen de escucha.

    El teclado de un teléfono móvil está codificado según la codificación de tonos, DTMF (Dual Tone Multi Fre­cuency), comentada en el Tema 7.

    9.5.4 Sistema de antena

    Esta etapa está constituida por un sistema de conmutación que utiliza la misma antena para la transmisión y la recep­ción.

    9.6. LA TARJETA SIM

    Para evitar el intrusismo se toman varias medidas de segu­ridad, como el encriptado digital del enlace radio para ase­gurar la privacidad de las conversaciones, y la comproba­ción y autentificación de las llamadas, mediante el empleo de una tarjeta inteligente de identificación de usuario SIM (Subscriber ldentify Module).

    Así pues, los terminales móviles sólo funcionan si dis­ponen de una tarjeta SIM que proporciona una clave de autentificación secreta y un algoritmo codificado, para rea­lizar una función de seguridad que identifique al usuario que vaya a efectuar la llamada. Para esta función, la tarjeta SIM almacena tres tipos diferentes de información relacio­nada con el cliente:

    · Los datos obtenidos durante la fase de tramitación del alta en el servicio, como la clave de autentificación del usuario o la de acceso.

    · Los datos temporales de la red: la identidad temporal del usuario, la identidad de área de localización, las re­des a las que no se tiene acceso, etc.

    · Los datos relacionados con el servicio, como la función de notificación del precio de la llamada.

    Existen dos tipos de tarjetas SIM: la ID-1, con un formato que cumple las normas ISO y que son de igual tamaño que las tarjetas de crédito, y la conectable, más pequeña que la ante­rior. En ambas son iguales la constitución electrónica y lógica.

    En cuanto a seuridad, la tarjeta Sim cntiene los siguientes algoritmos y claves

    · Algoritmo de autentificación.

    · Algoritmo de generación de la clave de cifrado.

    · Clave de cifrado.

    · Clave de autentificación de usuario.

    La tarjeta posee un número de identificación personal PIN (en el caso de GSM) que el usuario deberá introducir cada vez que conecte su teléfono móvil. También cuenta con una clave de desbloqueo PUK para desbloquear la tar­jeta en caso de que esté bloqueada, como consecuencia de haber introducido varios errores consecutivos.

    9.7. DIAGSÓSTICO Y LOCALIZACION DE AVERIAS

    Tratamos aquí los parámetros esenciales de un móvil y su medida, además de las pruebas funcionales necesarias para verificar el correcto funcionamiento del teléfono móvil. Las pruebas que se han de realizar en un móvil deben asegurar que funciona correctamente y que no interfiere en la red.

    En el proceso de producción las pruebas se realizan en diferentes etapas. Los módulos se verifican de forma inde­pendiente y después se ensamblan formando el móvil com­pleto. Una vez ensamblado, el teléfono se envía a un de­partamento de ajuste y verificación final, donde se emite un certificado en el que figura que cumple las especificaciones del fabricante.

    En el proceso de reparación se realiza una prueba para localizar la avería y, si es preciso, sustituir el componente o la placa defectuosa, realizar los ajustes necesarios y, final­mente, hacer una prueba con el móvil para asegurar que cumpla de nuevo las especificaciones y que se le puede reincorporar a la red. Los componentes que se utilizan en la fabricación de los móviles son los llamados de superficie, SMD. Van soldados sobre la placa, no insertados en ella. Para sustituir este tipo de componentes hay que utilizar un equipo especial de soldadura que se sirve de aire caliente para desoldar los componentes.

    Como hemos visto en el apartado anterior, en el móvil hay etapa de radio frecuencia con sus mezcladores, oscila­dores, filtros, amplificadores, etc. Para localizar averías en estas etapas utilizaremos los instrumentos convencionales para RF, como frecuencímetro, analizador de espectros, osciloscopio, etc.

    9.7.1 Comprobaciones funcionales

    Para comprobar que el móvil funciona correctamente en su conjunto y que su configuración es la correcta, se llevan a cabo las pruebas funcionales, que son las siguientes:

    . Procesos de llamada

    Para comprobar si el proceso de llamada se realiza correc­tamente se utiliza un emulador de estación base; de esta for­ma averiguamos si el teléfono funciona correctamente y podemos detectar averías, por ejemplo, que el aparato no re­cibe llamadas. También resulta útil comprobar los procesos de llamada para realizar las pruebas de radiofrecuencia.

    . Hopping y cifrado

    Son pruebas específicas; algunos móviles disponen de au­tochequeos que se producen inmediatamente después del encendido, con los cuales se puede obtener información interna del terminal.

    9.7.2 Prueba de los parámetros del transmisor

    La precisión de la modulación en GSM se define según la precisión de fase, lo que complica la medida. El móvil GSM no transmite de forma continua, sino a ráfagas. Para evitar que se produzcan bandas laterales u ocupación del espectro, lo que afectaría a otros usuarios, la forma o conformación de la ráfaga ha de ser controlada de forma estricta.

    Para verificar que el móvil transmite y recibe en los in­tervalos de tiempo asignados, independientemente de su posición, se mide el timing o sincronización. Otros pará­metros que se han de probar en el transmisor son: la poten­cia de pico de la portadora, el error de frecuencia y la con­formación de la ráfaga, evaluándose en esta prueba la potencia de salida en función del tiempo.

    9.7.3 Prueba de los parámetros del receptor

    En los sistemas digitales, la sensibilidad del receptor se es­pecifica en términos de tasa de errores binarios o BER (Bit Error Rate).

    Para medir la sensibilidad de forma correcta, en GSM es necesario acudir al modo bucle de los móviles. Este modo se encuentra incorporado en todos los modelos. Para acti­varIo, hay que disponer de una tarjeta SIM de prueba, la cual tiene dos características: incorpora un algoritmo de autenticación simplificado y permite activar el modo bucle mediante el comando apropiado.

    Otras medidas son las que se llevan a cabo mediante los informes de medidas (reporting) que el móvil genera, como el RXQUAL, que es un tipo de BER generado por el propio móvil en la decodificación de datos.

    Otra prueba en el receptor es la comprobación de su sus­ceptibilidad frente a interferencias. En algunos casos es in­teresante también medir la capacidad del receptor para ha­cer frente a las distorsiones causadas por el efecto doppler.

    9.7.4 Prueba de audio

    En GSM, el codificador de voz es el que genera los posibles fallos en los circuitos y componentes de audio. Este codifi­cador está optimizado para la voz, por lo que no responde correctamente cuando se le ataca con tonos. Por eso, para evaluar los parámetros de audio, se recurre a la prueba de retorno de voz.

    Esta prueba consiste en almacenar durante unos segundos en un equipo los datos recibidos desde el móvil y, a conti­nuación, transmitirlos. Así, el técnico escucha su propia voz y comprueba si los circuitos de audio funcionan correcta­mente.