SISTEMAS DE COMUNICACIONES MOVILES Y PCS

4° V-A

25/09/2001

INTEGRANTES

ÍNDICE

Contenidos Página

-Introducción 4

-Descripción al sistema celular 6

-Introducción a los sistemas móviles PCS 7

-GSM (Sistema Global para Comunicaciones Móviles) 8

-Acceso a la Red 9

-Estructura de la Red 13

-Problemas de transmisión 15

-Soluciones a problemas de transmisión 16

-Servicios al abonado 17

-Evaluación de las nuevas tecnologías 22

-Comparación CDMA respecto a GSM PCS-1900 23

-Resumen Métodos de Acceso 24

-Interfaz Aire 24

-Primeras licencias en Chile 30

-Conclusiones 31

INTRODUCCIÓN

Los sistemas de comunicaciones personales se basan en radiotelefonía celular, tecnología introducida comercialmente en Europa a principios de la década de los 80. Los sistemas de radio celular ofrecen largo alcance y utilizan potencias de transmisión más altas que los sistemas inalámbricos tradicionales. A principios de los años 80, los sistemas celulares estaban basados en tecnología analógica, pero a finales de la citada década tuvo lugar el desarrollo de una nueva norma digital: GSM. A continuación nos centraremos en la radiotelefonía celular para comunicaciones personales y en los aspectos tecnológicos
involucrados.

Las redes de radio celular fueron proyectadas inicialmente a fin de proporcionar un servicio para teléfonos móviles ubicados en vehículos. Estas redes se conectaban a la red pública telefónica conmutada a modo de interconexiones de trunking (llamada interurbana). Los sistemas de comunicaciones personales utilizan el concepto de la división del área de cobertura en células propias de la radio celular, así como el de la reutilización de frecuencias en células suficientemente separadas.

Los rápidos avances tecnológicos, la creciente demanda del mercado, las nuevas normas digitales y la relativamente reciente liberalización del sector han dado lugar al concepto de servicios de comunicaciones personales. Actualmente, estos servicios se apoyan en tres distintas tecnologías: acceso múltiple por división de código (CDMA), acceso múltiple por división en el tiempo (TDMA) y PCS 1900, la nueva generación de GSM.

Si hace escasamente quince años hubiéramos preguntado a un experto en telecomunicaciones, cuál era el futuro de la telefonía móvil, seguramente nos hubiera contestado que iba a ser una aplicación minoritaria y muy particular. Sin embargo, hoy existen en el mundo más de 18 millones de abonados móviles celulares.

¿Cuál ha sido la razón de este cambio? Sin duda la razón fundamental ha sido la evolución tecnológica de los sistemas de telefonía móvil. La aparición de los sistemas celulares, al permitir una capacidad de abonados muy superior, ha dado pie a que la telefonía móvil se convierta en una aplicación de consumo a la que pueden acceder no solamente las personas que necesitan específicamente este tipo de aplicación, si no también otras que lo consideras una comodidad más de las proporcionadas por los avances de la tecnología.

Como consecuencia, los terminales son cada vez más pequeños, más baratos y con más autonomía, y los sistemas ofrecen cada día más servicios (similares a los que ofrece la telefonía fija). Ello a provocado que este tipo de servicio esté alcanzando índices de crecimientos increíbles, hasta el punto de que los próximos años el teléfono móvil será un bien más de consumo, como el computador o la cámara de vídeo. Es más, a medio plazo se considera que puede llegar a convertirse en una alternativa real a la telefonía fija.

Además, en el caso Europeo la telefonía móvil celular está s viendo, por sus propias características técnicas, para arrancar los procesos de liberalización en el factor de las telecomunicaciones (es mucho más fácil tener 2 operadores en un sistema celular que en uno de telefonía fija). Este hecho también ayuda a que el crecimiento de los citados servicios sea más rápido de lo habitual.

DESCRIPCIÓN AL SISTEMA CELULAR

La telefonía móvil consiste en ofrecer un acceso “vía radio” a una abonado de telefonía, de tal forma que pueda realizar y recibir llamadas dentro del radio de cobertura del sistema (área dentro de la cual el terminal móvil puede conectarse con el sistema de radio para llamar o ser llamado).

La diferencia entre un sistema móvil celular y uno “cordless” o “sin hilos”, es que mientras el primero se supone que tiene una cobertura amplia (normalmente cobertura nacional), en el caso de un sistema “cordless” se supone que la cobertura es limitada (un área de oficinas o los alrededores de un área residencial).

Los sistemas celulares incorporan la ventaja de dividir el área de cobertura en células, lo cual, limitando convenientemente la potencia con que se emite cada frecuencia, permite la reutilización de las mismas a distancias bastante cortas y, por lo tanto, aumentar tremendamente la capacidad de los sistemas.

Por lo tanto, un sistema celular consta de células, cubiertas cada una por un sistema de radio que permite la conexión de los terminales móviles al sistema (estación base), y un sistema de conmutación (centro de servicios móviles) que permite la interconexión entre las estaciones bases y la conexión del sistema a la red de conmutación públicas. (Fig. 1).

Las estaciones bases (BTS) controlan la conexión radio de los terminales móviles, y permiten tener permanentemente localizados a los distintos abonados (siempre que el terminal móvil este encendido).

La central de conmutación de móviles (MSC) realiza la conexión entre los distintos abonados o entre éstos y la red telefónica fija. Además, es la responsable de las funciones de operación y mantenimiento y de tarificación.

El nuevo sistema GSM, del que habláremos posteriormente define un elemento intermedio, el controlador de estaciones bases (BSC),del que se definirán posteriormente sus funciones.

INTRODUCCION A LOS SISTEMAS MOVILES PCS

No es secreto que los sistemas celulares rápidamente se han visto sobrepasados por el aumento del tamaño del mercado debido a que estos sistemas se construyen sobre un número limitado de canales. Cada canal puede ser usado por una llamada a la vez, por lo tanto, no es posible hacerlos crecer en capacidad, solamente en cobertura.

Una solución digital surge en respuesta a esta necesidad de mejor uso de las bandas de frecuencia. Dentro de esta digitalización de las comunicaciones han aparecido dos tecnologías competidoras e incompatibles la TDMA y CDMA.

Ambas tienen la meta de maximizar el número de llamadas y son aplicables a las nuevas microceldas PCS, además de otro tipo de enlaces como satelitales.

TDMA (Time-Division Multiple Access) ha tenido un rápido avance ya que se ha establecido comercialmente en Europa, cuyo sistema celular digital GSM (Global System for Mobile Communications) se encuentra validado desde 1989.

Sin embargo, como en todas las cosas digitales, ha surgido una tecnología desarrollada por una empresa estadounidense llamada Qualcomm. CDMA (Code-Division Multiple Access) se basa en división de la banda por el uso de códigos que identifican cada llamada. De esta forma todas las llamadas se comparten en un canal ancho, pero cada una ignorando a las otras. Logrando con esto un sistema bastante simple ya que no requiere de división de canales ni planificación en el uso de portadoras.

Respecto de PCS como sistema celular, tiene primeramente dos competidores. Uno basado en CDMA y otro, basado en TDMA y derivado del GSM europeo.

GSM (Sistema Global para Comunicaciones Móviles)

1. Nacimiento:

En 1982, GSM es un estándar que se propone unificar las comunicaciones en Europa a 900 MHz, proporcionando una plataforma para dicho sistema global y con sus respectivas especificaciones y requerimientos. Con el tiempo las especificaciones se han ampliado para cubrir las bandas 1800 MHz (DCS, Digital Cellular System), y 1900 MHz (PCS, Personal Communication Services)

2. Necesidades que busca satisfacer el sistema GSM:

Uso más eficiente de las bandas de frecuencias: como respuesta se acuerda usar RF (radio frecuencia) digital en vez de analógica.

Mayor calidad de voz: usando en este caso digitalización de 13 bits muestreada a 8KHz y empleando complejos codificadores de voz (híbridos: codificador de forma de onda y vocoder a la vez)

Más confiabilidad: eficiente control de errores durante la transmisión por aire, usando codificación por bloque para el 20% más importante de bits, seguida de codificación convencional al 70% (20% importante anterior y el 50% menos importante), dejando el restante 30% sin codificar.

Seguridad: Necesidad de obtener una comunicación móvil libre de interferencias, sin pérdidas en la cobertura minimizando posibles inconvenientes propios de un enlace en movimiento (desvanecimiento de la señal, dispersión del tiempo).

Mejorar el proceso de traspaso de la transmisión de una celda a otra (Handoff): Como respuesta, GSM incorpora el MAHO (Mobile Assisted Hand-Off) en que el teléfono envía constantemente datos acerca de la recepción de su celda y de las celdas vecinas proporcionando información para evaluar mejor el traspaso y hacerlo más confiable, independiente de la velocidad del móvil.

Por último hay que señalar que la base del sistema GSM está en el método de acceso que tienen los usuarios hacia la red, se trata del Acceso Múltiple por División en el Tiempo ó TDMA el cual presenta interesantes características.

 

ACCESO A LA RED

La banda de 1900MHz. está dividida en 299 canales. Cada canal tiene un ancho de banda de 200KHz subdividido en 8 slots o intervalos de tiempo, o sea 8 llamadas por canal. La tasa de información enviada por el aire por cada canal es de 270 Kbit/seg, como hay 8 canales físicos, la información se envía en paquetes por un cierto intervalo de tiempo (ráfagas).

La ventaja de enviar la información por ráfagas es el ahorro de energía a lo largo de la transmisión ya que se emplea 1/8 de tiempo normal para el enlace ascendente (del móvil a la antena) y 1/8 para el descendente, consiguiendo mayor duración de las baterías.

El uso de la TDMA tiene un inconvenientes, requiere de constante sincronización y monitoreo, necesitando mayor robustez. Además existe un problema llamado Alineamiento Temporal, consiste en la pérdida de sincronismo desde y hacia la estación móvil al alejarse de la antena, todo esto debido a que la señal requerida se va desfasando al tardar más tiempo en llegar y termina por salirse de su canal físico(intervalo de tiempo), irrumpiendo en los adyacentes.

Este es uno de los factores que limitan el tamaño de la célula, ya que la base (antena) muchas veces debe enviar el mensaje antes, para que el retardo producido por la distancia no afecte la recepción (35 Km. y 70 Km., con 8 y 4 intervalos de tiempo por portadora respectivamente).

 Cobertura. La cobertura del sistema se refiere a las zonas geográficas en las que se va a prestar el servicio. La tecnología más apropiada (Jorge, prefiero dejar "deseable", en vez de apropiada. No cumplir con eso no significa ser inapropiada. Eso depende del mercado) es aquella que permita una máxima cobertura con un mínimo de estaciones base, manteniendo los parámetros de calidad exigidos por las necesidades de los usuarios. La tendencia en cuanto a cobertura de la red es permitir al usuario acceso a los servicios en cualquier lugar, ya sea local, regional, nacional e incluso mundial, lo que exige acuerdos de interconexión entre diferentes operadoras para extender el servicio a otras áreas de influencia diferentes a las áreas donde cada red ha sido diseñada.

Capacidad. Se refiere a la cantidad de usuarios que se pueden atender simultáneamente. Es un factor de elevada relevancia, pues del adecuado dimensionamiento de la capacidad del sistema, según demanda de servicio, depende la calidad del servicio que se preste al usuario. Esta capacidad se puede incrementar mediante el uso de técnicas tales como la reutilización de frecuencias, la asignación adaptativa de canal, el control de potencia, saltos de frecuencia, algoritmos de codificación, diversidad de antenas en la estación móvil, etc.

Diseño de las celdas. La estructura de las redes inalámbricas se diseña teniendo presente la necesidad de superar los obstáculos y manejar las características propias de la radio propagación. Disponer de un radio enlace directo para cada suscriptor, predecir las características de la señal en zonas urbanas donde la densidad de suscriptores es alta y las edificaciones tienen gran influencia en la propagación, son factores que establecen limitaciones fundamentales en el diseño y ejecución de los sistemas inalámbricos orientados a las necesidades personales y empresariales. Los mecanismos que gobiernan la radio propagación son complejos y diversos, y generalmente se atribuyen a fenómenos que sufren las ondas electromagnéticas en su transporte, tales como reflexión, difracción, dispersión y en general pérdidas de propagación. Los requerimientos para reducir el efecto de estos fenómenos en las comunicaciones son definidos de diversas maneras dependiendo de la tecnología utilizada.

Según la capacidad y cobertura requeridas en el área de influencia de las redes, su diseño implicará la utilización de celdas de diferentes radios y las antenas de las estaciones base presentarán diferentes alturas y potencias de transmisión. De allí surgen las definiciones de sistemas macro celulares, micro celulares y pico celulares.

Macroceldas: son los modelos de comunicación más comunes para operación celular. El rango de cubrimiento de éstas se encuentra entre 1 y 30 kilómetros, por lo que son utilizadas principalmente para el manejo del tráfico originado por usuarios que se encuentran en movimiento a gran velocidad, disminuyendo de esta forma el número de handoff y aumentando de esta manera la calidad del servicio al reducir la probabilidad de caída de llamadas.

Microceldas: (con rango de cubrimiento entre 100 y 1000 metros) Incrementa la capacidad de la red, ya que permite hacer un mayor manejo de tráfico y hace posible la utilización de potencias de transmisión muy bajas. Desde el punto de vista del operador, esto se traduce en ventajas adicionales como una mejor cobertura, bajos costos de la red por suscriptor y mayor eficiencia en la operación del sistema. Los requerimientos claves del sistema micro celular incluyen la coexistencia e interoperabilidad con los sistemas ya instalados, necesitándose un desarrollo mínimo de ingeniería para su diseño.

Al reducir mucho más el tamaño de las celdas, se logran las picoceldas (cubrimiento menor a 100 metros). Como se sabe, una reducción en el tamaño de una celda implica un aumento en su capacidad (manejo de tráfico), por lo que las picoceldas se utilizan para brindar cobertura en las zonas identificadas como de muy alto tráfico, tales como centros de negocios o centros comerciales, donde los usuarios tienen un patrón de comportamiento de baja movilidad y se encuentran en un ambiente cerrado.

Manejo del Handoff. El handoff es el proceso de pasar una llamada de un canal de voz en una celda a un nuevo canal en otra celda o en la misma, a medida que el usuario se mueve a través de la red. El manejo de estas transiciones es un factor vital para garantizar la continuidad de las comunicaciones tanto de voz como de imágenes y datos, caso en el que es muy crítica la pérdida de información.

Movilidad. En la nueva generación de sistemas de telefonía celular digital, se involucra tanto la movilidad personal como la movilidad del terminal. La movilidad personal se refiere a la posibilidad de que el usuario tenga acceso a los servicios en cualquier terminal (inalámbrico) sobre la base de un número único personal y a la capacidad de la red para proveer esos servicios de acuerdo con el perfil de servicio del usuario. Por otro lado, la movilidad del terminal es la capacidad de un terminal inalámbrico de tener acceso a servicios de telecomunicaciones desde diferentes sitios mientras está en movimiento, y también la capacidad de la red para identificar, localizar y seguir ese terminal.

Calidad. Uno de los parámetros a tener en cuenta para establecer las diferencias entre un sistema u otro, se refiere a la medida de calidad del servicio prestado. Las consideraciones que un usuario debe tener en cuenta a la hora de suscribirse a un servicio de telefonía móvil tienen que ver con el precio y las características de operación del dispositivo portátil, la disponibilidad de una variedad de servicios, la duración de la batería, la cobertura geográfica y la posibilidad de disfrutar el servicio en áreas diferentes a la que está inscrito, así como una confiable calidad de transmisión de voz y datos. Por otra parte, la calidad es un factor de especial atención desde el punto de vista de los operadores, pues es conveniente lograr la rentabilidad de sus negocios paralelamente a la satisfacción de sus clientes, al dimensionar óptimamente las redes con la adecuada relación costo / beneficio, reducir los costos de operación y mantenimiento, utilizar eficientemente el espectro radioeléctrico, y disponer de mecanismos que permitan mejorar la operación del sistema de acuerdo con los nuevos avances tecnológicos que surjan.

Flexibilidad y compatibilidad. Debido a la interacción con redes de diferente tipo que debe soportar una red con cubrimiento global (tales como Red Digital de Servicios Integrados, Redes Celulares Análogas, Red Telefónica Pública Conmutada, Redes de Datos, Redes Satelitales), ésta debe suministrar las interfaces adecuadas para la interoperabilidad, y poseer elevados niveles de gestión que permitan realizar cambios en su estructura inicial sin causar traumatismos en el funcionamiento.

Costos de Infraestructura. Los costos de infraestructura se reflejan principalmente en el precio entre las estaciones base, ya que el manejo de una tecnología u otra en las mismas, no son un factor diferenciador. Lo deseable es que el dimensionamiento de la red minimice el número de celdas, la cantidad de quipos en general y sus costos de operación y mantenimiento.

ESTRUCTURA DE LA RED

El diseño de la red GSM-1900 busca una mayor descentralización para facilitar el mantenimiento, la expansión en capacidad y la cobertura. Este es un gran avance ya que permite obtener mayor provecho de cada unidad por separado, el cual depende de las necesidades de cada proveedor. Para cada unidad existe el modelo sugerido por Ericsson, pero se puede desarrollar perfectamente por otro proveedor.

La red está dividida en tres grupos principales:

• Sistema de Estaciones Base (BSS)

• Sistema de Conmutación (SS)

• Centro de Operación y Mantenimiento (OMC)

 

1. Sistema de Estaciones Base

1.1. Estación Base (BTS, RBS2000 de Ericsson): responsable de la recepción /transmisión aérea, permite la configuración a distancia (canales, potencia), además de un continuo monitoreo ante perturbaciones y fallas, los cuales quedan registrados. Esta unidad determina una célula. La idea es que las RBS sean lo más independientes posible y que los equipos compartidos por las unidades de transmisión / recepción sean los mínimos.

1.2. Controladores de Estaciones Base (BSC): es el centro de reunión de la información en un grupo de BTS, es el responsable de configurar las estaciones base, realizar el handover (o handoff), gestionar el tráfico por las celdas para mantener una buena distribución de canales ocupados. Este controlador calcula la potencia de salida adecuada para el móvil y la base, recibiendo mediciones del enlace ascendente y descendente cada 0.5 seg. aproximadamente.

2. Sistema de Conmutación

2.1. Centro de Conmutación de Servicios Móviles (MSC): El MSC tiene conexiones con otras redes (telefonía pública -PSTN, red móvil- PLMN, Redes de Datos, etc.), realizando la conmutación desde y hacia ellas. Se preocupa de buscar el camino para establecer la comunicación deseada.

2.2. Base de Datos: Todas las decisiones tomadas por los Controladores y la Central de Conmutación deben ser implementadas con la ayuda de las Bases de Datos. Existen distintos tipos de unidades funcionales para un completo servicio en relación con el abonado:

Registro de Localización de Abonados Propios: contiene todas las suscripciones móviles que pertenecen al Operador concreto, incluye información de cada abonado.

Registro de Localización de Abonados Visitantes: contiene información temporal acerca de la ubicación de los abonados en la zona cubierta por la MSC, es decir, en qué celda se encuentra.

Centro de Autentificación: provee de claves para el cifrado y autentificación de la llamada, evitando la posibilidad de fraude al Operador.

Registro de Identidad de Equipos: esta base de datos contiene la identificación de los terminales móviles para poder, si es necesario, bloquear llamadas al terminal que lo solicite además de aquellos robados, no autorizados o defectuosos.

3. Centro de Operación y Mantenimiento

3.1. Centro de Operación y Mantenimiento (OMC): Maneja los mensajes de error originados en la red. El OMC tiene acceso tanto al Sistema de Conmutación (vía MSC) como al Sistema de Estaciones Base (vía BSC). El diseño sugerido por Ericsson para este dispositivo es el OSS (Sistema de Operación y Soporte) consta de tres partes importantes: Gestión de Configuración, Gestión de Fallos y Gestión del Rendimiento.

 

PROBLEMAS DE TRANSMISIÓN

Pérdidas Debido a la Distancia: Producida al alejarse de la base, incluso sin obstáculos entre la antena transmisora y la receptora. Las potencia entregada por la antena disminuye conforme aumenta la distancia y la frecuencia de la transmisión. A mayores frecuencias, más pérdidas.

Desvanecimiento: Debido a la existencia de obstáculos físicos como montañas, edificios y árboles. La fuerza de la señal cae al pasar por la "sombra " proyectada del objeto. Existe otro tipo de Desvanecimiento ("Desvanecimiento de Rayleigh") provocado por el rebote de la señal al recorrer muchos caminos, uno más largos que otros, desfasando la señal al momento de ser recibida y creando pérdidas en la fuerza de la transmisión.

Desvanecimiento Total: La señal necesita ser recibida con un mínimo de fuerza, bajo ese umbral la información se pierde, este valor umbral se llama Sensibilidad del Receptor. Existen modelos matemáticos que simulan la potencia según distancia a la antena, de esta forma se puede proyectar la cobertura y evitar el Desvanecimiento Total.

Alineamiento Temporal: O Avance Temporal. El TDMA requiere que la estación móvil transmita sólo en el intervalo de tiempo asignado y que permanezca en silencio el resto del tiempo. De otro modo interfiere con otras transmisiones que usan el mismo canal. Si el móvil se aleja de la estación, la información tarda más tiempo en llegar. Como consecuencia, el móvil demora en responder, haciendo uso de tiempo destinado a otras transmisiones, interfiriéndolas.

Dispersión en el Tiempo: Es otro de los problemas que aparecen con la transmisión digital cuya consecuencia es la ISI (Interferencia entre Símbolos). El receptor se confunde al recibir simultáneamente (por distintas direcciones) un 0 y un 1 que si bien han sido enviados por separado y secuencialmente, el segundo ha tomado una ruta más rápida que el primero, llegando ambos al mismo tiempo.

Para mejorar la calidad de voz, se necesita transmitir a una velocidad elevada, pero el canal se comparte, luego no se pueden transmitir 8 llamadas con voz digitalizada por el canal de 270 Kbit/seg. Sin que antes sean codificadas.

 

SOLUCIONES A PROBLEMAS DE TRANSMISION

Codificación de la Voz: La voz requiere de más bits por segundo si se desea aumentar su calidad, la codificación de voz permite reducir la cantidad de bits usando algoritmos matemáticos, en GSM los codificadores híbridos reducen en 8 veces la cantidad de bits por segundo y sin perder información al eliminar redundancias.

Codificación de Canal: Para evitar que la pérdida de algunos bits durante la transmisión introduzca errores en la información, se efectúan procesos de codificación agregando bloques de bits de redundancia y también codificación de convolución. Con esto se pueden reconstruir mensajes en la recepción con la instalación de decodificadores y verificadores de paridad evitando así, la repetición del mensaje incompleto y erróneo.

Entrelazado: Debido al desvanecimiento de la señal, se pierden bits consecutivos, incluso ráfagas completas. Para que la información no se pierda de realiza el Entrelazado, usando un algoritmo cuyo propósito es el siguiente: Supongamos que se pierde una ráfaga de 57 bits (incluidos los bits de codificación), la idea es que en vez de perder 57 bits de una ráfaga, se pierda sólo1 bit, pero de 57 ráfagas y así poder reconstruir el mensaje gracias a la codificación.

Salto en Frecuencia: El Desvanecimiento de Rayleigh sucede para ciertas frecuencias y durante cierto intervalo de tiempo, por lo tanto, el sistema cambia la frecuencia en uso hasta que el problema desaparece. De esta forma, la pérdida de información no es significativa en caso de voz.

Diversidad de Antena: La idea es utilizar dos canales de recepción que se vean afectados de diferente forma por los desvanecimientos. Este método requiere de dos antenas en la estación base separadas por una distancia (que disminuye al aumentar la frecuencia de transmisión). De esta forma se comparan y se elige la mejor, esta operación la realiza la BTS o Estación Base.

Ecualizador: Esta es una solución al problema de la Interferencia Entre Símbolos (ISI), el procedimiento simula un canal ideal y lo compara con la información que se está recibiendo y encontrando un valor "probable" de ese bit. De esta forma el sistema no se confunde al recibir juntos un 0 que se retrasó y un 1 enviado con posterioridad. En este caso el tiempo de retraso fue de un tiempo de bit, GSM soporta retrasos de hasta 4 tiempos de bit, más o menos diferencias en la trayectoria de 4.5 Km entre la señal directa y la reflejada.

Avance en el Tiempo: Si la estación móvil se aleja de la base durante una llamada, debe enviar una ráfaga por adelantado respecto del tiempo de sincronización, sin embargo, hay un límite de cuánto antes, para evitar que se mezclen con otros intervalos de tiempo.

 

SERVICIOS AL ABONADO

Los servicios Básicos de Telecomunicación se dividen en dos categorías principales:

• Teleservicios: aquellos que permiten al abonado comunicarse (voz, datos, fax o Servicio de Mensajes Cortos) con otro abonado.

• Servicios Portadores: permite al abonado móvil el envío de datos.

La red PCS GSM-1900, ha sido diseñada para permitir a los operadores diferenciar los servicios que ofrecen respecto de sus competidores, utilizando una técnica basada en los servicios de Red Inteligente (IN) de Ericsson. Además proporciona a los operadores la capacidad de definir nuevos servicios personalizados y en un corto período de desarrollo. Algunos servicios están disponibles para todo el mundo (Servicios Básicos), para los otros, los Servicios Suplementarios y aquellos definidos por Ericsson se necesita una suscripción.

Estos servicios son los que soporta el sistema GSM para 1900 MHz, algunos no pueden ser implementados por limitaciones de algunas estaciones móviles (MS) y otros requieren la conexión de equipos externos.

 

1. Servicios Básicos

1.1. Teleservicios Básicos:

Voz: capacidad de enviar / recibir llamadas hacia / desde todo el mundo tanto con abonados fijos como móviles con calidad digital de 13 bits.

Llamadas de Emergencia: posibilita al abonado a hacer llamadas de emergencia pulsando un botón aún sin contar con la tarjeta SIM.

Fax: soporta facsímil grupo 3.

Servicio de Mensajes Cortos: es posible enviar un mensaje de hasta 160 caracteres alfanuméricos desde /hacia un terminal móvil. Si el móvil no está conectado o fuera de cobertura, el mensaje se almacena en la central de mensajes hasta que el abonado se conecte, avisándole la existencia de dicho mensaje.

Buzón de Voz: consiste en un contestador incorporado en la red y controlado por el abonado. Las llamadas pueden ser desviadas al buzón del abonado, accediendo posteriormente a él con un código personal.

Buzón de Fax: Este servicio permite al abonado recibir mensajes de fax en cualquier máquina a través de su móvil. Los mensajes de fax se almacenan en el centro de servicios y el abonado accede a él por medio de su código personal de seguridad, enviándose al número de fax deseado.

Voz/fax alternados: Permite que durante una llamada el abonado intercambie entre voz y fax. Se puede conmutar varias veces.

1.2. Servicios Portadores Básicos:

Soporta la transmisión de datos síncronos y asíncronos a velocidades de hasta 9.6Kbit/seg.

Tráfico hacia la Red Telefónica (PSTN): Para enviar el tráfico de datos hacia la red pública es necesario seleccionar un módem en el GIWU.

Tráfico hacia la Red Digital de Servicios Integrados (ISDN): esta red se basa en el envío de información digital. Para el caso de PCS-1900 no tiene restricciones y no se requiere un módem.

Acceso a otras Redes de Datos Asíncronos: Soporta datos hacia las redes PSPDN ( Redes Públicas de Comunicación de Paquetes) y CSPDN (Redes de Datos de Comunicación de Circuitos), necesitando interfaz en función de cada propósito.

 

2. Servicios Suplementarios

Los servicios elaborados ya sean completando o modificando los teleservicios y los servicios portadores se denominan servicios suplementarios y se describen a continuación.

Desvío de Llamada: Facilidad para desviar llamadas entrantes a otro número según sea la situación: el móvil no es alcanzable, el móvil está ocupado, si no contesta o desvío de llamada incondicional. Todo esto sin necesidad de apagar el equipo.

Restricción de Llamadas Salientes: Se puede activar o desactivar desde el terminal. Por ejemplo, el abonado puede restringir todas las llamadas salientes o bien restringir llamadas salientes internacionales o sólo las llamadas salientes internacionales excepto aquellas de la propia red PLMN (Red Pública Móvil).

Restricción de Llamadas Entrantes: se pueden restringir todas las llamadas o sólo aquellas que procedan fuera de la red PLMN propia. Esta función permite al abonado no pagar por las llamadas entrantes sin apagar el equipo.

Aviso de Tarifa: proporciona información de la tarifa de la llamada en progreso ya que hay algunos tramos que paga el abonado que recibe la llamada.

Llamada en Espera: Este servicio consiste en una notificación al móvil que tiene una llamada que puede contestar, rechazar o ignorar. Pudiendo ser voz, datos, o fax.

Multiconferencia: permite al abonado establecer una conversación desde tres a seis abonados al sistema. Solo aplicable al teleservicio de Telefonía.

 

3. Funcionalidades Innovadoras de Ericsson

Las nuevas funcionalidades de Ericsson van más allá de los estándares de la red básica. Estas se desarrollan de manera dinámica a medida que las demandas del cliente y el nivel de la competencia aumenta.

Número Personal Único: permite al abonado desviar la llamada a otras redes cuando no está alcanzable en la red principal. Con esta función, el abonado puede ser localizado mediante un número, aunque esté suscrito en varias redes.

Numeración Dual: Esta función permite al abonado tener dos números asociados a la misma suscripción y al mismo terminal. También se puede asociar diferentes facturas a esos números. Por ejemplo, se puede tener una cuenta del trabajo y otra personal, con el mismo número.

Suscripción Regional y Local: El abonado puede suscribirse al servicio de una determinada área geográfica, fuera de esta área las llamadas se rechazan, excepto las de emergencia.

Tarificación Diferenciada Geográficamente: El operador puede ofrecer llamadas más baratas dentro de algunas regiones (conjunto de células). Este servicio se puede complementar con el de Suscripción Regional.

 

4. Servicios de Red Inteligente de Ericsson

Un método flexible e inteligente de proporcionar más variedad de servicios es hacer uso de técnicas de Red Inteligente (IN). Esto permite crear servicios altamente personalizados con un tiempo de desarrollo muy bajo y así permitir a los operadores diferenciar sus productos de la competencia y reaccionar rápidamente a nuevas y cambiantes necesidades. De esta manera la lista de posibilidades es interminable, sin embargo hay algunos ejemplos:

Servicio Gratuito de Llamada: Permite al abonado suscrito ofrecer la posibilidad de que le llamen de manera gratuita. El costo de estas llamadas será cargado al suscriptor del servicio.

Llamada con Tarjeta de Crédito: Permite al usuario del servicio cargar el costo de la llamada a una tarjeta de crédito. La suscripción al servicio no se tarifica.

Exploración de la Llamada Originada: Es una variante al servicio de restricción de llamadas salientes, pero en este caso se pueden elegir intervalos de tiempo o series de números a los cuales no se puede llamar.

Exploración de la Llamada Terminada: Servicio análogo al anterior, en este caso el abonado puede restringir las llamadas salientes a algunas series numéricas y durante ciertos intervalos de tiempo.

Servicios Dependientes de la Localización: Este servicio utiliza la información sobre la localización del abonado. Información sobre el tráfico o el tiempo meteorológico, pueden estar accesibles por códigos abreviados.

Planes Privados de Numeración: Permite a grupos de usuarios (por ejemplo una corporación privada) definir un plan de numeración abreviado que pueden utilizar para simplificar la comunicación entre ellos.

 

5. Módulo de Identidad de Abonado (SIM)

Excepto para llamadas de emergencia, las estaciones móviles sólo se pueden utilizar si contienen la tarjeta SIM válida. La estación móvil debe contener una función de seguridad para la autentificación de la identidad del abonado.

La tarjeta almacena tres tipos de información relacionada con el abonado:

-Datos fijos que se almacenan antes que se venda la suscripción, por ejemplo la clave de autentificación y algoritmos de seguridad.

-Datos de red temporales.

-Datos relativos al servicio. Por ejemplo preferencia de idioma y aviso de tarifa.

La tarjeta SIM (Subscriber Identity Module) contiene información para los operadores dentro de la red GSM. Esta información puede estar relacionada con el abonado, con los servicios contratados a él, e información relativa a la red móvil, como la localización. Existen almacenamientos de tipo obligatorio y opcional.

Almacenamiento Obligatorio: Contiene información administrativa para el funcionamiento del equipo. Como el modo de operación, identidad internacional del abonado, información sobre localización, medidor de tiempo, preferencias de idioma y por supuesto, el número de identificación del equipo en la red.

La tarjeta SIM permite bloquear y prohibir las operaciones en la red GSM. Para desbloquearla, el usuario debe introducir la clave de desbloqueo.

En resumen, la tarjeta juega muchos y vitales roles en la estación móvil. Estos roles incluyen: autentificación del suscriptor, cifrado de los canales, protección para el usuario y almacenamiento de datos. Por ejemplo, centro de mensajes cortos, marcación abreviada, bloqueo de algunos números y control del suministro de energía, avisando cuando requiere de carga.

 

EVALUACION DE LAS NUEVAS TECNOLOGIAS

Dentro de la nueva generación de tecnologías en telefonía personal (servicios telefónicos orientados hacia la comunicación persona a persona y no de punto a punto) y que son servicios que se basan en comunicación digital, está el CDMA (Acceso Múltiple por División en Códigos.

CDMA es una avanzada técnica de transmisión digital móvil que usa códigos matemáticos en vez de frecuencias (FDMA) o intervalos de tiempo (TDMA) para transmitir conversaciones.

Existen algunas diferencias respecto de las comunicaciones habituales como el uso completo de la banda disponible (no hay división en canales) luego la señal tiene lo que se llama un ancho de banda ancho, de allí que se les llame comunicación en banda ancha, mientras que TDMA (GSM) usa canales de banda angosta. Luego no existe planificación celular ni re uso de frecuencias, lo que sí hay es planificación de códigos. La interferencia existe, pero en la medida que los códigos que descifran los mensajes sean parecidos. Requiere un continuo y preciso control de potencia por parte del móvil. Es capaz de tolerar caídas bruscas en la transmisión sin cortarse. El nivel de cobertura y tolerancia a la interferencia depende de la cantidad de información enviada o sea, por lo tanto las características del sistema depende excesivamente del tráfico que presente la celda.

CDMA ofrece:

• Óptima calidad de voz (8Kb, 13Kb)

• Extenso rango de servicio de datos incluyendo datos y voz simultáneamente.

• Virtual eliminación de las caídas de llamadas.

• Baterías que proporcionan cinco horas de conversación y sobre dos días standby.

• Teléfono compacto y liviano.

• La mitad en el número de celdas respecto de un sistema análogo u otras tecnologías digitales.

• Completa seguridad y privacidad.

Además, CDMA para PCS proveerá conectividad inalámbrica a Internet, servicio de mensajes cortos, correo de voz y la exclusiva habilidad de enviar datos y voz simultáneamente.

CDMA no puede estar presente en Europa, debido a que este bloque ha adoptado el sistema GSM y no acepta la liberalización de este mercado.

 

COMPARACION CDMA RESPECTO A GSM PCS-1900

CDMA es la base del sistema IS-95 desarrollado por la empresa norteamericana Qualcomm.

El área de cobertura de IS-95 CDMA depende del número de usuarios activos (carga de la celda). Esto significa que el tamaño de la celda en un sistema IS-95 CDMA decae a medida que el número de usuarios se incrementa. Por ejemplo, si la carga de la celda se incrementa en 60%, el aumento de la interferencia reduce hasta un 40% el área de cobertura.

Ericsson cree que CDMA y su tecnología de banda ancha es una candidata promisoria para la tercera generación de sistemas celulares que tendrán altas tasas de transmisión de datos y gran capacidad. Pero eso es a futuro.

El mayor sustento para CDMA ha sido su incremento en capacidad. Este importante requisito puede ser logrado a través de un acceso múltiple eficiente, codificación adecuada y tipo de modulación.

Los límites de capacidad de la celda son impuestos la cantidad de espectro (banda) disponible y por el grado de interferencia de co-canales.

En los sistemas celulares siempre ha existido una disyuntiva entre calidad y capacidad. Esto, en sí mismo puede ser usado para maximizar la capacidad del sistema. Por ejemplo, haciendo que la calidad dependa de la carga del sistema o implementando diferentes niveles de calidad según la clase de suscriptor.

 

RESUMEN METODOS DE ACCESO

FDMA, TDMA y CDMA son tres tipos básicos esquemas de acceso múltiple.

FDMA divide la banda de transmisión disponible en un conjunto de canales. Con FDMA un suscriptor es asignado a un canal a la vez. Otras llamadas pueden acceder a ese canal solamente cuando se desocupa o cuando el usuario deja ese canal para trasladarse a otra celda (handoff).

TDMA es una técnica de acceso múltiple empleada en sistemas celulares digitales. Divide el canal convencional en intervalos de tiempo para obtener más capacidad. Como en FDMA, otras conversaciones no pueden acceder a un canal TDMA hasta que se desocupe.

CDMA es totalmente distinto. Asigna a cada suscriptor un código único con objeto de colocar múltiples llamadas en el mismo y único canal y al mismo tiempo.

Dependiendo de su nivel de movilidad, CDMA asegura 10 a 20 veces la capacidad de las redes celulares y 4 a 7 veces la capacidad de TDMA.

CDMA es la única de las tres tecnologías que usa eficientemente la banda de frecuencia asignada y ofrece servicios a muchos abonados sin requerimientos de costosas planificaciones de frecuencias.

Todos los usuarios pueden compartir el mismo canal porque sus conversaciones son distinguidas sólo por un código digital.

Mientras los operadores TDMA deben coordinar la habilitación de canales en cada celda para evitar la interferencia, CDMA sólo necesita el mismo canal por cada celda instalada. Además la potencia promedio de transmisión requerida por CDMA es menor que la requerida por FDMA y TDMA.

INTERFAZ AIRE

La separación entre portadoras para el sistema PCS GSM-1900 es de 200 KHz, proporcionando 299 canales.

Como cada portadora es compartida por 8 intervalos de tiempo (Time Slots, TSs), el número total de canales es de 2392.

Cada uno de estos canales es un intervalo de tiempo dentro de una trama TDMA y se denomina canal físico. Cada trama TDMA tiene 8 TS.

Entre la MS y la BTS (estación móvil y estación base) se transmite distinta información, para este propósito se usan -dentro de un TS- canales lógicos según sea el tipo de información.

Trama TDMA

8*0.577ms.=4.616ms.

0

1

2

3

4

5

6

7

Ráfaga

270.4Kbit/s*.577ms=156.25bit

FCCH

SCH

BCCH

PCH

RACH

AGCH

Canales Lógicos en TS1

La organización de los canales lógicos dentro de cada intervalo de tiempo es un tema complejo ya que existen muchas categorías.

Inicialmente hay que dividir los canales lógicos en dos tipos: Canales de Control y Canales de Tráfico.

1.- Canales de Control

1.Canales de Difusión (BCH)

Los canales de difusión permiten que la MS se sintonice con una estación base y se sincronice con la estructura de trama de la célula. Las estaciones base no están sincronizadas entre sí, luego al traspasar a otra celda, la MS debe contactar nuevamente el BCH de la estación vecina.

Los canales de difusión se transmiten en una portadora específica para cada celda, conocida como portadora cero. Como en una portadora hay 8 TS, los canales de difusión se ubican en el intervalo de tiempo cero ó TS0:

Canal de Corrección de Frecuencia (FCCH) : Transmite una señal sinusoidal para indicar que es una portadora de difusión y además para que la MS se sintonice con esa frecuencia.

Canal de Sincronización (SCH): Permite que la MS establezca la debida conexión con la estación base. Este canal permite asegurar que la estación base contactada pertenezca a la red contratada por el usuario, además realiza la identificación del número de trama TDMA de la base para que la MS se sincronice con ésta.

Canal de Control de Difusión: Este canal lógico transmite información acerca localización de la celda, la máxima potencia aceptada por la base y las portadoras BCH de células vecinas para que la MS realice medidas de potencia en ellas para el handover.

Los canales de difusión transmiten información desde base hacia todas las estaciones móviles ya que la información contenida es vital para la identificación y acceso a la red. Esta conexión es descendente punto a multipunto.

1.2. Canales de Control Común (CCCH)

Estos canales gestionan el establecimiento de la comunicación desde y hacia la MS cuando se quiere realizar o recibir una llamada.

La conexión en este caso es punto a punto y es ascendente u descendente según sea el canal, la ubicación de estos canales es en la portadora cero, en el TS0 al igual que los canales de difusión:

Canal de Búsqueda (Paging Channel, PCH): La MS escucha este canal para asegurarse si alguien quiere establecer contacto con ella. Descendente.

Canal de Acceso Aleatorio (RACH): La MS responde a la petición de búsqueda a través de él pidiendo un canal de señalización. También se usa cuando se quiere realizar una llamada. Ascendente.

Canal de Acceso Garantizado (AGCH): Informa de la asignación del canal de señalización. Descendente.

Tanto los BCH como los CCCH usan una parte de la portadora cero, los dos primeros TS; los cuales se repiten constantemente siguiendo un patrón cíclico de duración 51 TSs.

1.3. Canales de Control Dedicado (DCCH)

El tercer tipo de canales lógicos de control permite la conmutación hacia algún canal de tráfico, también llevan mensajes cortos de texto en ambos sentidos. Por último, por allí se envía información recogida por la MS hacia la base para que la red evalúe el traspaso a otra celda. El enlace es nuevamente de punto a punto.

Canal de Control Dedicado Independiente (SDCCH): Canal se señalización asignado por la red, este permite el proceso de establecimiento de llamada ordenándole a la MS conmutar hacia un canal de tráfico, definiéndole una portadora y un intervalo de tiempo. También transmiten mensajes de texto. Ascendente y Descendente. Este se transmite en la portadora cero en TS2.

Canal de Control Asociado Lento (SACCH): Durante el enlace ascendente envía mediciones de potencia y calidad de la señal, procedente de su estación base y de la potencia recibida de las bases vecinas. En Descendente, la MS recibe medidas acerca de qué potencia de transmisión debe utilizar e instrucciones de avance temporal. Transmitido en la portadora cero en TS2.

FACCH : Este canal envía información necesaria para el traspaso (handover) durante una conversación, esto se logra "robando" 20mS. de voz del canal de tráfico, el abonado no nota esta interrupción de voz. Este canal lógico ocupa parte de un canal de tráfico.

 

2.- Canales de Tráfico (TCH):

Hay dos tipos de canales de tráfico:

• Velocidad Total y

• Velocidad Media

Actualmente sólo se utilizan TCH a velocidad total. Una vez que se hayan diseñado los codificadores a velocidad total con una calidad aceptable, se utilizarán canales a velocidad media.

Un TCH ocupa un canal físico a velocidad total, mientras que dos TCH pueden compartir un canal físico.

Los canales de tráfico usan algunos los otros 6 TS de la portadora cero (1,3-7) y si existen más portadoras en una celda todas ellas se subdividen en canales de tráfico.

Ráfagas y Tramas

La información contenida en un intervalo de tiempo de una trama TDMA se denomina ráfaga. Hay cinco tipos de ráfagas. Las ráfagas tienen que ver con la estructura de bits con que son enviados los datos, no con el intervalo ni la portadora.

Ráfaga Normal : Se utiliza para transmitir información de tráfico y canales de control. Llevando los canales TCH, BCCH, PCH, AGCH, SDCCH, SACCH y FACCH.

 

TB	Bits Encriptados		Secuencia de Entrenamiento		Bits Encriptados	TB
3	57	1	26	1	57	3

148 Bits

 

Bits Encriptados (57): Contienen voz o datos en paquetes de 57 bits, más un bit de bandera que indica "modo robado" o sea que en su lugar va el canal de señalización FACCH.

La secuencia de entrenamiento (26): Es un patrón de voz conocido por el receptor quien crea un modelo de canal capaz de corregir los errores en la recepción producto de la ISI.

Bits de Cola (3) : son siempre (0,0,0). Indican al ecualizador que es un punto de Comienzo / parada.

Como la duración de un intervalo de tiempo es de 0.577 ms. transmitidos a 270.4Kbit/s nos indica que hay disponibles 156.25 bits de los cuales hay 148 ocupados. Los restantes 8.25 bits equivalen a 30 ð s. de período de guarda (GP). Este período permite al transmisor desplazarse por la celda evitando el solapamiento con los otros canales (Alineamiento Temporal).

 

Ráfaga de Acceso: Esta ráfaga se utiliza para acceder por primera vez a una nueva BTS después de un traspaso. El móvil puede encontrarse lejos de la base, lo que indica que la ráfaga inicial llegará más tarde. La cual debe ser más corta para evitar el solapamiento.

TB	Secuencia de Sincronización	Bits Encriptados	TB	GP
8	41	36	3	68.25

 

 

Ráfaga de Relleno: Esta ráfaga la envía la BTS y no contiene información. El formato es idéntico al de una ráfaga normal con un cierto patrón de bits.

TB	Patrón de Bits	Secuencia de Entrenamiento	Patrón de Bits	TB	GP
3	58	26	58	3	8.25

 

 

Ráfaga de Corrección de Frecuencia: Se utiliza para la sincronización en frecuencia del móvil.

TB	Patrón de Bits	TB	GP
3	142	3	8.25

 

 

Ráfaga de Sincronización: Se utiliza para la sincronización de la trama del móvil.

TB	Bits Encriptados	Secuencia de Sincronización	Bits Encriptados	TB	GP
3	39	64	39	3	8.25

Finalmente, cabe señalar que los canales envían información cíclica, esto es, cada cierto período de tiempo pero constantemente. Según sea el canal usado y la cantidad de tramas TDMA empleadas, hay dos tipos de ciclos:

• 26 multitramas TDMA para canales TCH, SACCH y FACCH.

• 51 multitramas TDMA, para canales BCCH, CCCH, SDCCH y SACCH.

Para simplificar la figura, se ha incluido solamente el ciclo para el canal de transmisión (TCH).

El canal SACCH que envía información acerca de la transmisión, es usado tanto en modo activo (ciclos de 26 multitramas, durante la conversación) como en modo libre (explorando nuevas celdas, ciclos de 51 multitramas). De esta forma se asegura que el uso de la energía sea eficiente en todo momento y que no existan caídas de la señal aún cuando se está hablando.

PRIMERAS LICENCIAS EN CHILE

Se asignó una licencia a Entel PCS Telecomunicaciones. Esta compañía ofreció cobertura total en Santiago en un plazo de 6 meses.

La segunda licencia fue asignada para Chilesat del Grupo Télex Chile, quien ofreció una cobertura del 100% del país en 2 años.

La tercera fue para Entel Telefonía Móvil S.A., la cual ofreció cobertura en Santiago y en la región V (Valparaíso y Viña del Mar) en 1 año. En 5 años garantizaba cobertura en el resto del país.

La Subsecretaría dejó a CTC (Compañía de Telecomunicaciones Móviles de Chile) en lista de espera, sin licencia.

CONCLUSIONES

La implementación de la tecnología PCS GSM-1900 en Chile, Estados Unidos y Canadá - sin incluir los planes de desarrollo en otras áreas - permite ir creando una red mundial de comunicaciones con un estándar común. Lo que significa:

Tarificación clara, ya que se usan recursos comunes y exclusivos de una red.

Número Único Internacional. Cada usuario puede ser ubicado en cualquier área de mundo cubierta por la red con el solamente discando su número dado por el operador.

• Permite usar otras redes GSM en otras bandas (900 Europa, 1800-DCS). Todo esto sin necesidad de contratar servicios especiales con dichas operadoras, gracias a la tarjeta SIM que puede ser insertada en cualquier equipo.

Además la tecnología TDMA digital tiene excelentes ventajas:

• Uso eficiente Baterías: Más duración, ya que el envío de la información se realiza en "ráfagas" o instantes de tiempo en los cuales el teléfono está activo.

• Confiabilidad y Privacidad: Gracias al envío de información digitalizada la cual no es fácil de descifrar y permite la minimización en la distorsión de la voz.

• Calidad de Voz: Mayor, gracias al uso de digitalización de ésta con una calidad incomparable.