ÍNDICE

Alcance y objetivos

Evolución de la primera generación

Evolución de la primera generación en Estados Unidos

Evolución de la primera generación en Europa

Evolución de la primera generación en Asia

Funcionamiento de la primera generación

FDMA

El estándar americano: AMPS

Arquitectura AMPS

Interconexión del sistema

Mobile Switching Center (MSC)

Estación Base (BS)

Estación Móvil (MS)

Parámetros de un sistema AMPS

Arquitectura de control

Interfaz del sistema

Técnicas de control

Ejemplos de comunicación AMPS

Roaming

Los estándares europeos: NMT y TACS

El estándar japonés: NTT

Tabla de todos los estándares

Evolución de la segunda generación

Evolución en Europa

La evolución americana

El estándar japonés

Funcionamiento de la segunda generación

TDMA

El estándar europea : GSM

Arquitectura GSM

Estación móvil (MS)

Estación Base (BS)

Subsistemas de conmutación y red (NSS)

Los subsistemas de soporte y operación (OSS)

Necesidades que GSM viene a satisfacer

Problemas de transmisión

Soluciones a estos problemas

Servicios que se ofrece al usuario

Servicios básicos

Servicios suplementarios

Módulo de identificación de usuario (SIM)

Ventajas GSM

Coexistencia de estándares

Los estándares americanos : CDMA y IS-54

IS-54

CDMA

Diferencias de CDMA con sistemas analógicos y digitales

Comparación de CDMA respecto a GSM

El estándar japonés

Generación 2.5 : GPRS

Propiedades de GPRS

Arquitectura GPRS

Pila de protocolos del plano de transmisión

Mejoras de GPRS frente a GSM

Ventajas GPRS

Servicios que proporciona GPRS al usuario

Otros protocolos de la generación 2.5

EDGE

HSCSD

Mercado actual

Estándares de futuro

UMTS

Cuarta generación

Datos de mercado

Conclusión

Bibliografía

1-. Alcance y objetivos

El objetivo de este trabajo será ofrecer un estudio de los orígenes de la telefonía móvil comenzando con una introducción de la primera generación desde sus orígenes en Estados Unidos hasta su evolución en Europa y Asia. Se hablará brevemente de los estándares que se desarrollaron en aquella generación así como las limitaciones y los beneficios que a su vez tenía.

A continuación se hará una pequeña introducción a la segunda generación, y al igual que en la primera generación se hablará de todos los estándares relacionados con dicha generación, las limitaciones y beneficios que posee sin olvidarse posteriormente de hablar de la evolución de la segunda generación conocida como generación 2.5.

Una vez hecha la introducción se entrará más detalladamente a hablar del funcionamiento de los principales estándares, protocolos y técnicas de acceso de cada generación así como de las estructuras de los estándares más importantes, explicando los componentes principales para poder entender el funcionamiento de cada una de ellas.

Se dedicará un breve punto a analizar como han podido coexistir los estándares de los diferentes lugares entre sí a pesar de trabajar de manera diferente y de tener características algo diferentes. Se hará un pequeña introducción hablando de las perspectivas de futuro que existen en la telefonía móvil y hablando brevemente de alguno de los futuros estándares que saldrán a la luz.

También se adjuntarán datos de mercado exponiendo brevemente el desarrollo y disponibilidad que han tenido; y que algunos todavía tienen, tanto de la primera como la segunda generación de telefonía móvil, tanto a nivel mundial como a nivel estatal.

Para terminar se hará una breve conclusión exponiendo cuales han sido los beneficios de la introducción de la telefonía móvil en el mundo y de cuales son las perspectivas de futuro que se tienen entorno a esta telefonía

2-. Evolución de la primera generación

Consideramos que todos los primeros sistemas analógicos están dentro de la primera generación de los sistemas de telefonía móvil. Antes de que toda la telefonía móvil fuese ni siquiera pensada, las primeras redes comerciales ya estaban instaladas en Estados Unidos en los años 40 mientras que en Europa no estuvieron disponibles hasta los años 50. La inmensa mayoría de los procesos no eran automáticos y las llamadas tenían que ser emplazados vía telefonista. Operaban con diferentes áreas de llamadas y los terminales requerían un alto poder de transmisión. Estos sistemas tienen una baja capacidad y son muy caros de usar, así que los el numero de usuarios era muy selecto. El punto de inflexión llegó a finales de los años 70 y principios de los años 80 con la introducción de la concepción celular y la introducción de la telefonía móvil llegando a estar disponible para un número mayor de usuarios. A partir de aquí numerosos estándares fueron surgiendo a nivel mundial pero con un cierto desorden porque cada país o grupo pequeños de países tenían su propio estándar.

Los sistemas celulares fueron creados por los laboratorios Bell (AT&T) hace unos cincuenta años. Un sistema celular se forma al dividir el territorio al que se pretende dar servicio, en áreas pequeñas o celdas (normalmente hexagonales), de menor o mayor tamaño, cada una de las cuales está atendida por una estación de radio. A su vez las células se agrupan en "clusters, de forma que el espectro de frecuencias se pueda utilizar en cada célula nueva, teniendo cuidado de evitar las interferencias.

Las estructuras que permiten la cobertura de una zona determinada son configuraciones a modo de panal de abejas basadas en un número variable de células como pueden ser, 4, 7, 12 o 21 células. El número total de canales por célula se obtiene por la fórmula siguiente, N = (N´ total de canales) / (Claustro (4, 7, 12, 21). Al ser menor el tamaño de las células mayor será el número de canales que soporte el sistema.

El desarrollo de la primera generación tiene su fin en 1994 a partir del cual se comenzó con el desarrollo de la segunda generación. A continuación se entrará en más detalle en los diferentes estándares que se fueron creando poco a poco.

2-.1 Evolución de la primera generación en Estados Unidos

Como se ha dicho anteriormente la primera generación correspondió a la telefonía analógica. La primera generación empleó el concepto de sistemas celular, que dividía el territorio en células y utilizando una técnica de acceso al medio conocida como FDMA (Frequency Division Multiple Access) / FDD (Frecuency Division Duplex) que era una técnica de acceso múltiple por división de frecuencia y dos frecuencias portadoras distintas para establecer la comunicación entre el transmisor y el receptor.

Se dice que fue Estados Unidos quién fue la pionera en cuando a telefonía móvil se refiere, pero en 1978 se desarrolló la primera red celular en Bahrein y que estaba constituida por un total de 250 usuarios que se comunicaban en la banda de 400Mhz. Al ver que eso funcionaba, ese mismo año la empresa estadounidense ATGT se centro en el estudio de esta tecnología y un año más tarde desarrolló el que sería el primer estándar de la telefonía móvil, AMPS (Adavanced Phone Mobile System).

AMPS tiene sus orígenes en estudios realizados sobre esta tecnología a principio de los años 70 y no alcanzó su éxito comercial hasta 1983 debido a regulaciones inadecuadas y pólizas industriales. Aunque otros estándares fueron creados a principio de los años 80, AMPS ya se había quedado obsoleto para ese entonces. Todo esto se debe a que AMPS fue diseñado en 1971 cuando todavía no había switches digitales, los microprocesadores no tenían ninguna propiedad en común e incluso la troncal de los sistemas de telefonía cambió completamente desde el principio de la década hasta que en 1979 AMPS fue finalmente implementado. AMPS es un sistema con una compleja y cara red arquitectura en el cual toda la inteligencia fue situada en una central de conmutación de sistemas. A pesar de todo esto AMPS tuvo un gran éxito comercial.

La AMPS diseñada fue estandarizada y establecida en la redes de telefonía de los Estados Unidos en 1981. El punto de partida fue que el roaming debería estar disponible entre redes, aunque esto no estuvo disponible a gran escala hasta los años 90.

NAMPS (Narrowbadamps) es una variante de AMPS desarrollada por motorota a principios de los 90. El espacio de canal es reducido lo que incrementa la eficiencia en frecuencia en una factor 3. Este estándar es compatible con AMPS así que hace posible que se siga usando las redes existentes y las infraestructuras instaladas El uso de NAMPS fue limitado porque la reducción del canal incrementó el precio de los terminales. Las redes de este tipo estaban en uso a finales de 1996 con más de un millón de subscriptores. Sin embargo la mayoría de las redes son combinadas AMPS/NAMPS en las que solo una pequeña proporción de los canales han sido en realidad convertidos a NAMPS.

2-.2 Evolución de la primera generación en Europa

Mientras que en Estados se desarrollaba AMPS el Consejo Nórdico formado por Dinamarca, Finlandia, Islandia, Noruega y Suecia trabajaban en otro estándar a nivel europeo. Fue en 1975 en la Conferencia Nórdica de las Telecomunicaciones donde se presentó con el nombre de NMT, que era un estándar abierto. Todos los desarrolladores tenían permisos para diseñar sistemas que fueran compatibles con el estándar. Además el estándar incluía descripciones de los interfaces de radio y de otros interfaces incluyendo el link entre la estación base y un switch.

Debido a que NMT fue introducido en todos los países escandinavos, el roaming fue uno de los principales aspectos del departamento de diseño. Un primer modelo fue diseñado en Estocolmo en 1978, pero la red nórdica no fue oficialmente instalada hasta octubre de 1981. Posteriormente países como Holanda, Luxemburgo y Bélgica. Aunque el roaming entre estos tres países fue una realidad, había problemas para comunicarse con la red de los países escandinavos.

Una variante de NMT conocida como NMT-450 fue la que se instauro en España y Francia años más tarde, así como en otros países del este de Europa, en años posteriores. Éste estándar usa un sistema celular que utiliza una estructura de red jerárquica. Comparado con el estándar americano NMT.450 se hizo comercial casi a la vez que el AMPS. Sin embargo NMT-450 estaba basado en una técnica más avanzada, como se demuestra por ejemplo en que las estaciones base son relativamente inteligentes, cosa que no pasaba en AMPS debido a que todas las funcionalidades estaban situadas en la central de conmutación.

En 1986 apareció el NMT-900 en Escandinavia; que también fue instaurado en Suiza y Holanda, que basado en su antecesor ofrecía el roaming entre estas redes.

Pero NMT no fue el único estándar Europeo porque mientras éste se desarrollaba en los países nórdicos, en el Reino Unido se generó un estándar basado en el americano y que recibió el nombre de TACS (Total Access Communication System). Sin embargo este estándar utilizaba otra banda de frecuencia diferente a la del estándar americano, porque antes de su desarrollo los británicos ya tenían asignada una banda de frecuencia para la telefonía móvil; la banda de 900MHz. Ésta tecnología se añadió en Italia, España y Austria a principios de los años 90. Las redes TACS formaron la mayor red de telefonía móvil antes de la instalación de GSM.

NMT y TACS no son los únicos estándares desarrollados en Europa, sino que también se pueden destacar otros más. A principio de los años 80 Alemania también estaba metido en la lucha por el desarrollo de las tecnologías móviles y creó su propio estándar conocido como C-450, que fue puesto en el mercado en 1985 y que trabajaba en la banda de450 MHz. Este tipo de redes no tuvieron mucho éxito y solo fueron instaladas en Portugal y Sudáfrica. Los países que instalaron C-450 fué debido a la flexibilidad que éste proporcionaba.

También aparecieron dos estándares para terminar con la lista de estándares europeos. El primero de ellos es RC-2000 que se desarrolló y se implantó únicamente en Francia desde 1981. Es un híbrido entre las comunicaciones de radio y telefonía móvil. Tiene tres bandas: la más baja se utiliza para las comunicaciones locales, la segunda para comunicarse con el exterior y la tercera se añadió más tarde para proporcionar estos servicios. El segundo de los estándares es RMTS que se utilizó en Italia y que se instaló en 1983. Proporcionaba un gran calidad de transmisión pero que sin embargo tiene el problema de que tiene un máximo número de clientes gestionados por el proveedor del servicio.

2-.3 Evolución de la primera generación en Asia

Una vez hecho un recorrido por las redes americanas y europeas, no nos podemos olvidar de Asia y más concretamente de Japón que siempre está en la cima en cuanto a desarrollo de la tecnología se refiere. Mientras el desarrollo de todos estándares ocurría Japón también investigó y desarrolló su propio estándar llamado NTT (Nippon Telegraph and Telephone). Japón fue en 1979 quién instaló el primer sistema celular que también se conoció por MSCL1. A mediados de los años 80 cuando surgió la capacidad de celdas, desarrollaron un nuevo estándar; MSCL2, con un eficiencia del espectro mucho mayor, pero que seguía trabajando en la misma banda de frecuencia. Esta segunda versión no permite teléfonos de bolsillo, sólo teléfonos de coche y Portable telephones.

NNT es un sistema usado exclusivamente en Japón. Japón ha entrado en la guerra en el desarrollo de la telefonía móvil desde 1988 aunque otros proveedores opten por la opción de utilizar TACS como tecnología móvil de primera generación y se creó el sistema J-TACS. Se verá posteriormente que con la segunda generación le pasará algo parecido, pero no ocurrirá así con el desarrollo de la tercera generación donde Japón tendrá mucho que decir a nivel mundial.

3-. Funcionamiento de la primera generación

Este apartado se centrará en los principales estándares de la primera generación explicando sus principales características y arquitectura, pero primeramente se explicará la técnica utilizada de acceso al medio que es FDMA

3-.1 FDMA

Es una técnica de control de acceso al medio en la cual el espectro radioeléctrico se divide en una serie de secciones o ranuras dependiendo del número de usuarios que tengamos en ese momento. La configuración es rígida e invariente pues cada estación debe transmitir siempre con la misma frecuencia central o portadora y es válida cuando se puede garantizar que durante la mayor parte del tiempo, cada una de ellas ocupará activo ese ancho de banda que se le asignó. Por esa razón se llama acceso múltiple con división de frecuencia con asignación fija.

En FDMA cuando el número de subportadoras aumenta, el ancho de banda asignado a cada una de ellas debe disminuir lo que conlleva a una reducción de la capacidad de las mismas.

3-.2 El estándar americano: AMPS

Los sistemas de primera generación como es éste usaban la modulación en frecuencia, y frequency shift keying para la señalización. Como anteriormente se ha dicho anteriormente la técnica de acceso que utilizaban era FDMA.

Los parámetros básicos de este estándar son los que se adjuntan a continuación:

Name of system	Began	Channel AB (kHz)	Frequency (MHz)	Channels	Control Channels	Channel Coding	Voice Channels	Multiple Access
AMPS (Advanced Mobile Phone System)	1983	30	825-845 m-b 870-890 b-m	666 (321+12) x 2	Digital FSK Manchester 10 kbps	BCH (40,28) b-m (48,36) m-b	AGG Mod: PM	FDMA

El propósito general de estas redes eran el de proporcionar cierta movilidad a aquellos usuarios que viajaran en sus coches. Al principio se pensó que este estándar no tendría límites y que la división de celdas sería ilimitada. Pero esto se vió que no iba a ser así cuando instalaron las primeras redes a principios de los años 80 debido a que Con las celdas cada vez más pequeñas, se volvía imposible colocar las estaciones base en los lugares donde la cobertura sería óptima

Como hemos dicho utiliza una modulación FSK que es la más simple de las modulaciones digitales y por lo tanto es de bajo desempeño. Es similar a la modulación de frecuencia (FM), pero más sencillo, dado que la señal moduladora es un tren de pulsos binarios que solo varía entre dos valores de tensión discretos.

3-.2.1 Arquitectura AMPS

Un pequeño dibujo que muestre claramente la arquitectura celular AMPS es que sigue a continuación:

En la arquitectura AMPS se puede diferenciar tres componentes principales : estación base, estación móvil y centro de conmutación para la telefonía móvil. A continuación se describirán cada una de ellas más detenidamente:

3-.2.1.1 Interconexión del sistema

Todo comienza cuando el móvil quiere comunicarse con la estación base más cercana sobre uno de los canales de voz asignados para esa celda. La estación base lo que hace es conectarse a través de los troncales a la MSC (Mobile Switching Central) más cercana, el cual le proviene de la red pública.

Posteriormente se transmiten unos datos para el establecimiento de la conexión, y una vez conseguido se podrá transmitir datos entre el usuario móvil y la central a través del aire. Luego la voz se conmuta desde la MSC hacia la PSTN (Public Switched Telephone Network).

Ocurre a veces que se produce un deterioro de la calidad de transmisión de una llamada y se procede entonces a realizar un cambio de celda; este proceso se conoce como handoff o handover. Como consecuencia de esto la voz se transmite desde el MSC a una nueva estación base, lo cual implica la reselección del modo de conmutación del MSC.

3-.2,1,2 Mobile Switching Center (MSC)

El MSC constituye el interfaz entre el sistema de radio y el sistema de telefonía pública. Todas las llamadas desde y hacia el usuario móvil son conmutadas desde la MSC además de proveer de todas las funciones de señalización necesarias. El MSC está vinculado a las estaciones base mediante un grupo de líneas de voces y dos o más líneas de datos, por los cuales intercambian información para el procesado de llamadas. Además se encarga también de la tasación de la llamada indicando día nº llamado y tiempo. En resumidas cuentas las funciones más importantes del centro de conmutación móvil son:

• Establecer llamadas

• Asignar canales

• Termina llamadas

• Interconecta con la red publica

• Tarifa

3-.2.1.3 Estación base

La estación base está compuesta básicamente por:

Los componentes de la estación base son:

• Interfaz de Radio: Medio para la señal entre el MSC y la BS

• Grupo de canales de radio que a su vez está formado por varios componentes:

• Unidad de canal: empleadas para cursar una única llamada telefónica por vez

• Transmisores receptores

• Receptor de intensidad del canal:

• Oscilador de referencia

• Probador de canal

• Unidad de monitoreo de potencia

• Sistema de antena

• Unidad de control: constituye la parte inteligente de la unida de canal. La unidad de control no maneja las señales de voz

• Unidad de canal de respaldo: La célula es incapaz de proporcionar cualquier servicio cuando su canal de control no está en operación Siempre que un canal de control llega a caer en falla, un canal de voz predefinido se encarga automáticamente de las funciones del canal de control

3-.2.1.4 Estación móvil

La unidad móvil, o estación móvil (MS), es el equipo de abonado, que tiene un receptor y un transmisor así como una unidad lógica para la señalización con la estación base.

3-.2.2 Parámetros de un sistema AMPS

Los principales parámetros de un sistema AMPS son:

• Tolerancia en la ubicación de la estación base: Este nivel decrece gradualmente a medida que la tolerancia de la posición se incrementa de 0 a ¼ del radio de la celda, pero decrementa rápidamente más allá de este punto de quiebre. Por lo tanto la tolerancia fue determinada en ¼ del radio de la celda.

• Radio máximo de la celda

• Radio mínimo de la celda: Esta definido en una milla (1.6 Km), el limite lo dan la instalación correcta de las estaciones base y el proceso de hand-off, transferencia de llamadas entre celdas.

• Tasa de reuso co-canal: D/R tiene impacto tanto en la calidad como en la capacidad del sistema.

3-.2.3 Arquitectura de Control

3-.2.3.1 Interfaces del sistema

Los dos interfaces de la tecnología AMPS son los que a continuación se describen:

• Interfaz de red: El sistema AMPS esta diseñado para atender al usuario dentro de una determinada área (ALM: area local mobil o Área de servicio Móvil MSA). Cuando el usuario esta dentro de esa área se lo llama home mobile y cuando esta fuera visitante o roamer.El usuario móvil tendrá un número telefónico, asignado según un plan de numeración estándar, con el fin de poder acceder a la red. El mismo habilita al sistema para conectarse con la red a través del uso de técnicas de señalización.

• Interfaz de usuario:La información de start up (digital) lleva la identificación del usuario llamante así como los dígitos pregrabados del abonado llamado.La mejor ventaja del prellamado es que no se ocupan los canales

• de radio hasta no enviar los datos mediante la tecla send

3-.2.3.2 Técnicas de control:

Supervisión:

Se usa una combinación de tonos fuera de banda para detectar los cambios en el estado en el teléfono y asegurar una señal adecuada de RF durante la llamada.

Son conocidos como tono de señalización ST y tono de audio supervisión SAT.

SAT: Es utilizado para la supervisión de la calidad de transmisión. Es enviado continuamente durante la transmisión de voz. La BS envía un SAT y la unidad móvil lo reenvía, cerrando así el lazo. Si la BS recibe otro SAT entiende que hay interferencia

ST: Es enviado solamente por la unidad móvil cuando el usuario es desconectado, transferido (hand-off), etc. Es de 10 KHz. Sirve como “Señalización de línea”.

Búsqueda y acceso:

Búsqueda o paging es el proceso que determina si un móvil esta capacitado para recibir llamada entrante. La función complementaria para comenzar una llamada se denomina acceso. Esta función involucra:

• Informar al sistema la presencia del móvil.

• Enviar la identificación del móvil.

• Esperar la designación del canal.

El plan usado por AMPS para búsqueda y acceso utiliza un conjunto de canales especiales en las BS que se los llama canales de set up o de control. Estos canales son distribuidos en las estaciones bases y la búsqueda se debe realizar sobre todo el MSA

Colisión en la captura del canal de control:

El inicio de una llamada es aleatorio tanto en el espacio como en el tiempo. Debido a que todos los móviles, dentro de una celda, compiten por el mismo canal de control se debieron diseñar métodos de acceso como ser colocar en el canal directo bits de identificación de ocupado-desocupado.

3-.2.4 Ejemplos de comunicación AMPS

Móvil contestando llamada:

Un usuario marca el número del móvil receptor MIN:

Búsqueda: El MSC le indica a las estaciones base de esa área (MSA) que envíen un Mx de búsqueda (del MIN deseado) en sus canales directos de control.

Selección de la BS: El móvil luego que reconoce que esta siendo buscado, vuelve a seleccionar el canal de control más potente seguramente correspondiente a la BS más cercana.

Respuesta a la búsqueda: El móvil responde a la BS seleccionada sobre el canal inverso. La BS reporta al MSC.

Designación de canales: Lo designa el MSC, la BS le avisa al móvil cual es y le manda el SAT.

El móvil se sintoniza en ese canal y retorna el SAT en el canal de voz, la BS lo coloca en ocupado y el MSC interpreta que la asignación fue exitosa.

Alerta: La BS avisa al móvil (ring) y al enterarse el móvil pone un tono de señalización (ST) esto se interpreta como alerta exitosa.

Conversación

Móvil originador de llamada:

Prediscado.

Selección de la estación base: El móvil cheque los canales de control y selecciona el mas potente.

Los dígitos almacenados + MIN + ESN son transmitidos a la BS por el canal inverso. La BS asociada con el canal de control seleccionado envía esta información al MSC.

Designación de canal: El MSC evalúa la información y si el usuario esta habilitado, le asigna un canal de voz y establece la comunicación con el móvil.

El MCS realiza las conmutaciones pertinentes.

Conversación.

3-.2.5 ROAMING

La palabra roaming significa moverse alrededor de, caminar, vagabundear.

Esta palabra fue adoptada para ser usada en telefonía celular para describir el efecto que el abonado móvil pueda moverse de un área de servicio a otra mientras que está utilizando el mismo. El servicio a los abonados móviles visitantes puede ser brindado automáticamente o con asistencia de operadora. Esto indica dos tipos de roaming:

- Roaming Automático

- Roaming Manual

Cuando el roaming es usado, entonces los MSCs proveerán de servicio al visitante y son llamados MSCs cooperantes. En caso de roaming automático, la transferencia de información entre MSCs, llamada señalización de roaming (señalización MSC) entra en acción empleando la señalización por canal común CCITT N0 7.

Desde el punto de vista del MSC, los abonados que están suscriptos a este MSC están considerados como abonados propios, y el MSC es su central de casa (MSC-H). Los abonados propios residen normalmente en el área de servicio de éste MSC. Los abonados localizados en el área de servicio de un MSC cooperante son considerados como abonados roaming (roamers-vagabundos). Desde el punto de vista del MSC, los abonados suscriptos a otro MSC pero que comúnmente se encuentran en el área de servicio del MSC en cuestión son considerados como abonados visitantes y el MSC es la central visitada (MSC-V).

Para el enrutamiento de llamadas (en la red celular y algunas veces con la PSTN) para un abonado roaming, se emplea un número roaming (RN). Se específica inicialmente una serie de números roaming en el MSC como series de números interna. Cuando un nuevo visitante aparece, un número roaming es tomado y dispuesto para el número de la estación móvil del visitante (durante su presencia). Las llamadas desde los visitantes se manejan en la misma forma que las llamadas de los propios abonados.

Un abonado suscripto en un MSC así como en otro (s) MSC (s) es llamado abonado no residente. Un abonado no residente puede ser localizado con diferentes números de abonado, dependiendo de la posición esperada. El sistema no tiene ninguna información acerca de la localización del abonado.

3-.3 Los estándares europeos: NMT y TACS

NMT es un sistema celular que usa una red normal de arquitectura jerárquica. Frecuencias emparejadas son usadas para comunicaciones entre teléfonos móviles y estaciones base. Los terminales móviles transmiten en la banda de 450MHz y recibe en la banda de 460MHz, así que la separación es de 10Mhz. Dos secciones del espectro de 4,5MHz son usadas por estas redes, divididas en canales de 25kHz. Celdas relativamente largas son usadas con longitudes que pueden llegar a 50Km. El sucesor de NMT-450; el NMT-900 utiliza un rango de frecuencias mayor y es usado en varios sistemas. Varios parámetros habían cambiado: dos de las secciones del espectro de 25MHz son usadas y la separación dúplex se incremento a 45MHz. El espacio del canal es dividido a 12,5MHz acomodando más usuarios en el espectro limitado. El sistema usa celdas con in diámetro de 0,5 a 3 Km. A partir de aquí los teléfonos de bolsillos llegaron a ser posibles.

Los servicios soportados están limitados desde a y un Terminal móvil. Servicios de datos no son soportados aunque dispone de un ancho de banda de 3kHz que permite el uso de módems telefónicos. Las comunicaciones móviles se encuentran difíciles dependiendo tanto de las interrupciones en las radiotransmisiones como la atenuación.

Como ya hemos dicho TACS fue diseñado en base a AMPS y desde la perspectiva técnica el gran cambio producido en el ancho del canal, el cual fue reducido desde los 30 kHz para AMPS a los 25kHz de TACS, mientras que las bandas de frecuencia fueron situadas entre los 800 y los 900 MHz. Esto incrementó la eficiencia de la frecuencia mientras el sistema este mejor adaptado a la distribución de la frecuencia europea situada en bloque de 25KHz. Existe otro tipo de TACS que es el TACS extendido (ETACS) que usa una banda de frecuencia más larga.

3-.4 El estándar japonés: NTT

Este sistema desarrollado en Japón usaba dos porciones de 15MHz en la banda de 800 MHz y una espaciado de canales de 25KHz. Cuando la capacidad de celdas aumento durante los años 80, Japón desarrolló otro nuevo estándar que tenía una mayor eficiencia en el uso del ancho de banda aunque seguía operando en el mismo espectro. El único cambio importante que se hizo el canal de espaciado fue reducido a 12,5 kHz, y con ello la interferencia minimizada y la interespaciado es también aplicada a las celdas individuales destinando frecuencias en pasos de 6,25kHz en vez de 12,5kHz. Esto es un interespaciado del canal espaciado, no confundirlo con el interespaciado de de datos vistos en sistemas digitales.

Un problema en el caso de el pequeño canal es el requisito de la estabilidad en frecuencia del sintonizador. Un valor común para esta estabilidad es una desviación de 1p.p.m lo que significa que para una transmisión en frecuencia a 800MHZ, la desviación sería aproximadamente de 800Hz, lo que signific más del 10% del espaciado del canal 6,25Khz.

3-.5 Tabla de todos los estándares

4-. Evolución de la segunda generación

A partir de 1983 los costos de los celulares se abarataron y por lo tanto se dio un incremento en el consumo de la telefonía celular, en este momento se utilizaba un sistema analógico llamado AMPS (Advance Mobile Phone Service) y al estudiar el sistema, se hicieron predicciones en las cuales para 1990 la capacidad del sistema podría saturarse.

Ante la posible saturación de la demanda del consumidor, existían tres tipos de maneras de expandir el sistema celular:

Moverse hacia nuevas frecuencias de banda

Dividir las células existentes en otras más pequeñas

Introducir una nueva tecnología y hacer más eficiente el ancho de banda

Se estudiaron las tres alternativas; como dividir las células resultaba muy caro y el moverse hacia nuevas frecuencias no se encontraba disponible en ese momento, se optó por la tercera opción como el mejor camino. La FCC estimuló la creación de esta tecnología y en 1987 declaró que las licencias de telefonía celular podrían emplear una tecnología alternativa de la banda de los 800Mhz, esto logró que la industria de celulares buscara una nueva forma de transmisión que incrementara la eficiencia de las comunicaciones comparadas con el sistema AMPS.

En 1988, se creó la “Celular Technology Industry Association” (CTIA), organismo que tenía como objetivo introducir la nueva tecnología, productos y servicios para 1991.

Los objetivos eran:

• Incrementar la capacidad del sistema comparado con AMPS (analógico)

• Modo dual y compatibilidad AMPS/Digital durante la transmisión de datos

• Nuevas capacidades como fax y servicio de mensajes cortos (SMS)

• Asegurarse de que el equipo estaría listo para 1991

• Lograr un servicio estándar de alta calidad

Después de largos debates con la TIA (Telecomunications Industry Association), se creó un sistema de tecnologías híbrido que trabajaría con TDMA IS-136, CDMA IS-195 y el estándar del GSM europeo; tomando en cuenta que cada una de estas tecnologías tienen ventajas sobre el AMPS.

Así fue como surgió PCS que quiere decir Personal Comunications Service (Servicio de Comunicaciones Personales) y se refiere principalmente al conjunto de tres tipos de tecnología celular.

4-.1 Evolución en Europa

En los países con más desarrollo en las comunicaciones móviles en Europa, los sistemas celulares experimente desde su introducción un continuo desarrollo hasta llegar a un número de usuarios enorme. Así surgió la necesidad de buscar sistemas evolucionados con capacidad de manejo de tráfico elevado. Una de las características comunes en todos los sistemas celulares analógicos ha sido su crecimiento exponencial en cuanto a número de usuarios, estando algunas redes al borde de la saturación especialmente en áreas urbanas especialmente pobladas. Entonces surgió la necesidad de un sistema más eficiente en términos de usuarios en MHz. Otra característica muy importante era la diversidad de sistemas existentes en los diferentes países que no presentaban compatibilidad de operación. Por estas razones se desarrolló en Europa el estándar GSM (Global System for Mobile Communications) de comunicaciones móviles que fue desarrollado en los años 80 y puesto en funcionamiento a principio de los años 90 dando así origen a lo que se conoce como la segunda generación de telefonía móvil.

La segunda generación aprovecha las ventajas de los sistemas anteriores de la primera generación, pero al introducir la comunicación digital, tanto para las comunicaciones vocales y de datos como para la señalización, permite la prestación de un gran número de servicios adicionales. Asimismo, mejora la eficiencia de los sistemas analógicos permitiendo, en consecuencia un incremento en la capacidad de manejo de tráfico.

Pero todo esto empezó cuando en 1982 se forma en de marco de la CEPT el denominado Groupe Special Mobile, con el objetivo de definir un nuevo sistema de comunicaciones móviles para los años 90. Entre los objetivos que perseguían se encuentran los siguientes:

• El sistema debería ser común para todo Europa

• Debería permitir un gran número de usuarios, en el contexto de la ISDN.

• Se exigía la implantación de mecanismos de seguridad que garantizaran la privacidad de las comunicaciones de manera que no pudieran ser captadas por personas no autorizadas.

• El uso del espectro debía hacerse de manera eficiente y el sistemas debería tener mayor capacidad de para cursar tráfico que los sistemas anteriores.

• Permitir terminales cada vez más seguros y ligeros

En los años 86 y 87 se realizaron pruebas de evaluación de diferentes métodos de modulación y acceso, a continuación , se tomaron las principales decisiones sobre estos aspectos. Si bien no estaba entre los objetivos primeros que el sistema utilizara transmisión digital, era previsible que tal decisión fuera adoptada como instrumento fundamental para cubrir los objetivos antes indicados.

Una de las primeras decisiones fue que el sistema sería de naturaleza digital por sus innegables ventajas frente a los analógicos. Sobre esta base se propugnaron programas de investigación que presentaron al grupo GSM 6 sistemas candidatos, cada uno de ellos presentaba soluciones digitalizadas sustentadas por diferentes técnicas de acceso múltiple. FDMA/SCPC, TDMA, CDMA…

Tras analizar todas las propuestas, el GSM se inclinó por la especificación de un sistema nuevo que retenía de cada propuesta la aportación más sobresaliente. Las decisiones que se tomaron, fueron las siguientes:

• Utilización de una banda común que se reservaría al GSM en todos los países participantes.

• Estructura celulr digital

• Sistema de acceso múltiple TDMA de banda estrecha

• Algoritmo de codificación de fuente de pequeña velocidad binaria.

El GSM es el servicio de telecomunicación que se ha especificado a nivel de sistema total. Su arquitectura y protocolos se basan en el modelo de referencia OSI de 7 capas. El objetivo de GSM de integración en la ISDN ha influido en el diseño de los interfaces, adoptándose una estructura lógica muy parecida a la de la propia ISDN en cuanto a la definición de canales de tráfico y señalización. La flexibilidad que aporta esta disposición redunda en beneficio de los futuros servicios que el GSM ofrecerá a los usuarios.

En 1989 el grupo GSM se integra en el ETSI (European Telecommunications Standards Institute) como un comité técnico. La principal novedad estriba en la participación de los fabricantes en este organismo. Dieciocho países de Europa se comprometieron a la puesta en marcha del sistema en 1991. En 1990 se congelan las especificaciones de GSM y en 1991 las del sistema gemelo DCS-1800 (GSM-1800). Se dejo para una siguiente fase la especificación de una serie de servicios adiconales o suplementarios, de manera que el sistema se instaura son un juego reducido de servicios. Resulta patente en este momento que, por la rápida evolución de la tecnología y la utilización de los servicios por el público, el sistema debe tener cierto carácter evolutivo, permitiendo la introducción de nuevas prestaciones en el futuro.

Los primero sistemas de ámbito muy reducido se ponen en marcha en 1991, pero es a partir de 1992 cuando los principales operadores comienzan la explotación comercial de sus redes. En España se puso en marcha en 1995. El sistema GSM ha sido adoptado también por un creciente número de países de todos los continentes rebasando, por tanto, el carácter paneuropeo que se había previsto.

4-.2 La evolución americana

En Estados Unidos para ese entonces se disponía de un sistema celular analógico AMPS de primera generación de mayores dimensiones en todo el mundo, no obstante, como ocurrió en Europa, se planteó la necesidad de mejorar la capacidad de manejo de tráfico que proporcionan los sistemas analógicos de primera generación. Mientras que en Europa se partió de la necesidad de unificar los diversos estándares que existían de la primera generación y así crearon GSM, en Estados Unidos no pasaba lo mismo, porque se partió de un único sistema y se propusieron y aceptaron diversas soluciones que mejoran la capacidad de tráfico. Estas soluciones son totalmente incompatibles entre ellas pero coexisten en el espectro disponible. Cada operador local podrá sustituir canales del primitivo AMPS por canales del nuevo sistema. Otra característica fue la aparición de los terminales duales capaces de operar tanto con los canales analógicos AMPS como con los canales que operan siguiendo el mismo sistema.

La característica más importante de estos nuevos sistemas es que permiten la operación en modo dual. Esto significa que todas las redes pueden proporcionar servicio a los viejos terminales AMPS disponiendo para ello de los canales radio analógicos necesarios. El primero de los sistemas en aparecer fue en 1991 uno que utilizaba la técnica de TDMA y es conocido como NADC o IS-54 o DAMPS porque utiliza la misma infraestructura que AMPS. Al mismo tiempo que este estándar fue instaurado , se puso en funcionamiento. A mediados de los años 90 se tomo la decisión de utilizar D-AMPS en una banda da frecuencias superior y surgió el D-AMPS-1900.

Pero a parte de esta tecnología también surgió otro estándar CDMA o IS-95 que en vez de usar TDMA usada un nuevo estándar conocido como CDMA que utiliza acceso múltiple por división de código. Este estándar tenía una capacidad mayor, simplificaba el plano de frecuencias y tenía mayor flexibilidad. Al tener canales más anchos era menos susceptibles a la propagación multicamino. El estándar fue definido por el TIA en 1993 con el nombre de IS-95. Se sabe que Qualcomm fue el gran pionero de CDMA, que ya fue creada en los años 50, pero se dejo de lado hasta que en los años 90 se retomó para el desarrollo de la segunda generación. La primera red comercial CDMA fue abierta en 1996 en Corea del Sur., Hong Kong, Singapur… Las primeras redes de 800 y 1900 Mhz de Estados Unidos fueron instaladas en 1996 hasta llegar a las 48 licencias de instalación que hubo en total en el mundo.

4-.3 El estándar japonés

Un sistema digital fue desarrollado en Japón para sustituir al existente sistema analógico NTT, que recibió el nombre de PDC (Pacific Digital cellular). Surgió de la colaboración de varias empresas como son Ericsson, NEC,etc junto con el NTT que decidieron trabajar juntos en 1993 para implementar el estándar en otro países asiáticos. Problemas con las licencias que están en poder del NTT han hecho que PDc haya sido imposible de exportar fuera de Japón y únicamente Tailandia tiene algún plano de licencia para estas redes.

Otro sistema digital utilizado en Japón es el PHS (Personal Handyphone System). Este estándar, lanzado en 1995, no es una

tecnología celular propiamente. PHS es un sistema inalámbrico de corto alcance (cada base tiene alcance de 200 metros), pero de alta calidad y capacidad. Esta tecnología esta diseñada para áreas altamente pobladas donde los sistemas celulares pueden presentar problemas de cobertura, con menores costos que los de la telefonía celular. Para marzo de 1999 existían cerca de 5.77 millones de usuarios de PHS.

5-. Funcionamiento de la segunda generación

5-.1 TDMA

TDMA o acceso múltiple por división del tiempo es una técnica acceso totalmente digital mediante la cual varias estaciones acceden u ocupan el ancho de banda existente. A diferencia de FDMA donde cada estación transmisora tiene asignada una ranura de frecuencias, normalmente con un ancho de banda diferente, en esta nueva técnica todo un grupo de estaciones tienen asignada una misma ranura, con cierto ancho de banda fijo y se comparte entre ellas secuencialmente en el tiempo; es decir, cada estación tiene asignado un tiempo T para transmitir lo que le guste dentro de la ranura, y cuando su tiempo se agota debe dejar de transmitir para que lo hagan las estaciones que le siguen en la secuencia hasta que les toque nuevamente su turno.

Actualmente el acceso múltiple TDMA es común en los sistemas de telefonía fija. Las últimas tecnologías en los sistemas de radio son la codificación de la voz y la compresión de datos, que eliminan la redundancia y períodos de silencio y decrementan el tiempo necesario en representar un período de voz. Los usuarios acceden a un canal de acuerdo con un esquema temporal. Aunque no hay ningún requerimiento técnico para ello, los sistemas celulares, que emplean técnicas TDMA, siempre usan TDMA sobre FDMA.

5-.2 El estándar europeo: GSM

Como se ha dicho GSM es el estándar europeo para la segunda generación de telefonía móvil, de la cual podemos describir mútiples características. Las bandas de frecuencia en las que trabaja son:

• Transmisión de la estación móvil: 890-915 MHz

• Transmisión de la estación base: 935-960 MHz

Tiene una separación dúplex de 45MHz y tiene una separación de canales de 200 Khz con una selectividad de canal adayacente de 18dB.

Utiliza una modulación GMSK y una relación de protección para interferencia co-canal de 9dB y para los adyacentes de -9dB. Tiene una PIRE máxima de las estaciones base de 500W de portadora.

La potencia nominal de las estaciones móviles pude ser de diversos tipos debido a que hay 5 tipos diferentes y sus valores son : 0´8, 2, 5, 8 o 20 W. En el caso de las estaciones base tendremos 7 posibles valores, cada uno asignados a los 7 tipos de estaciones base existentes, y que0 van desde 2´5 a 320 W.

GSM tiene una estructura celular y reutilización de manera que pueden utilizarse celdas convencionales de radio variable 35Km (zonas rurales) y 1 Km (zonas urbanas). En regiones en elevada densidad de tráfico pueden sectorizarse las celdas mediante el empleo de antenas direccionales. La reutilización posible equivale a una agrupación de 9 o 12 celdas o bien 7 celdas para uso omnidireccional.

Acceso múltiple: TDMA con 8 intervalos de tiempo por trama. La duración de cada intervalo es de 0,577ms. La trama comprende 8 canales físicos que transportan lo canales lógicos de tráfico y señalización (control). Se dispone también de un sistema de multiramas: uno que consta de 26 tramas con intervalos de 120ms, y otra que consta de 51 tramas con intervalos de 236ms.

Tiene dos canales de tráfico para voz y datos respectivamente. El primero de ellos se definió el denominado canal de velocidad completa que hace uso de un codificador vocal que proporciona una señal digital de13Kb/s. Tras la codificación de canal, la velocidad binaria bruta es de 22,8Kb/s. El segundo de los canales se sustenta sobre el canal de tráfico a velocidades de 2,4 4,8 y 9,6 Kb/s con diferentes procedimientos de adaptación de la velocidad, codificación de cnal y entrerlazado. También se admiten servicios de datos naturaleza no transparente con una velocidad binaria de 12Kb/s.

Entre los canales de control existentes se han dispuesto de tres categorías, como son:

• Difusión (broadcast), mediante los cuales se transmite información desde la estación base a los móviles para ser usada por todos ellos.

• Comunes pueden ser usados por todos los móviles, pero la información que se transmite en un momento determinado se refiere a uno de ellos.

• Dedicados para su uso es preciso una asignación de canal de tráfico. Se asocian el establecimiento de una comunicación o a la señalización intercambiada en el curso de la misma.

Los interfaces que la red pública móvil terrestre tendrá son, una conexión con la red telefónica conmutada y la red digital de servicios integrados. GSM utiliza una señalización entre las estaciones base y la MSC que sigue un procedimiento parecido a ISDN. Entre las MSC se utiliza un Sistema se Señalización No. 7 del CCITT.

En cuanto a la seguridad GSM dispone capacidades de Cifrado de las comunicaciones de voz y datos y un completo sistema de autentificación para el acceso al sistema por parte de los terminales. También ofrece la posibilidad de que los móviles puedan realizar la transmisión en la modalidad de saltos de frecuencia bajo mandato de la red, para lograr una mayor protección gracias a la diversidad de frecuencia. También se puede transmitir sólo cuando haya señal moduladora a fin de economizar la duración de la bateria de los terminales portátiles y reducir interferencias.

5-.2.1 La arquitectura GSM

Un esquema de la arquitectura GSM puede ser por ejemplo el que se adjunta a continuación y cuyos componentes principales son:

5-.2.1.1 Estación móvil (MS)

Está formada por la estación móvil y el SIM (Subscritor Identity Module). El SIM es una pequeña tarjeta inteligente que sirve para identificar las características de nuestro Terminal. Esta tarjeta se interior del móvil y permite al usuario a acceder a todos los servicios que haya disponibles por su operador, sin la tarjeta SIM el operador no nos sirve para nada porque no podemos hacer uso de la red. El SIM está protegido por un número de cuatro dígitos que recibe el nombre de PIN o Personal Identification Number. La mayor ventaja de las tarjetas SIM es que proporcionan movilidad al usuario ya que puede cambiar de terminal y llevarse consigo el SIM. Una vez que se introduce el PIN en el terminal, el terminal va a ponerse a buscar redes GSM que estén disponibles y va a tratar de validarse en ellas, una vez que la red (generalmente la que tenemos contratada) ha validado nuestro terminal el teléfono queda registrado en la célula que lo ha validado.

5-.2.1.2 Estación base

Sirve para conectar a las estaciones móviles con los NSS, además de ser los encargados de la transmisión y recepción. Consta de dos elementos: BSC (Base Station Controller) que se utilizan como controladores de los BTS y BTS ( Base transceiver Station) que consta de las antenas y transceivers que serán utilizados durante la conexión.

5-.2.1.3 Subsistemas de Conmutación y Red (NSS)

Se encarga de administrar las comunicaciones que se realizan entre los diferentes usuarios de la red. Para poder hacer este trabajo la NSS se divide en 7 partes:

• MSC (Mobile Services Switching Center) que forma la parte central de la NSS y se encarga de las funciones de conmutación dentro de la red así como de proporcionar la conexión entre redes.

• GMSC (Gateway Mobile Services Switching Center) sirve de mediador entre las redes de telefonía fija y la red GSM

• HLR (Home Location Registrer) base de datos que contiene información sobre los usuarios conectados a una determinada MSC.

• VLR (Visitor Location Registrer) contiene toda la información sobre un usuario necesaria para que dicho usuario pueda acceder a los servicios de red.

• AuC (Authentication Center) proporciona los parámetros necesarios para la autenticación de usuarios.

• EIR (Equipment Identy Registrer) contiene una base de datos con todos los terminales que son válidos para ser utilizados en la red.

• GIWU (GSM Interworking Unit) Sirve como interfaz de comunicación entre diferentes redes para comunicación de datos.

5-.2.1.4 Los subsistemas de soporte y operación (OSS)

Los OSS se conectan a diferentes NSS y MSC para controlar y monitorizar toda la red GSM. La tendencia actual en estos sistemas es que dado que el número de BSS se está incrementando se pretender delegar funciones que actualmente se encarga de hacerlas el subsistema OSS en las BTS de manera que se reduzcan los costes de mantenimiento del sistema.

5-.2.2 Necesidades que GSM viene a satisfacer

Las necesidades que viene a cubrir GSM son las limitaciones de la primera generación de telefonía móvil como se describen a continuación:

• Uso más eficiente de la banda de frecuencias: uso 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.

• 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% dejando el 30% restante sin codificar.

• Seguridad: necesidad de tener una comunicación libre de interferencias sin pérdidas en la cobertura minimizando posibles inconvenientes propios de un enlace en movimiento.

• Mejorar el proceso de traspaso de la transmisión de una celda a otra (Handoff): 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.

5-.2.3 Problemas de transmisión

Como todo estándar tiene beneficios también tiene sus inconvenientes como pueden ser:

• Pérdidas debido a la distancia porque la potencia entregada a la antena disminuye con respecto a la distancia y a la frecuencia de la transmisión. A mayor frecuencia mayor pérdida.

• Desvanecimiento debido a la existencia de obstáculos físicos (montañas, edificios, árboles…).

• Desvanecimiento total: la señal necesita ser recibida con un mínimo de fuerza, bajo ese umbral la información se pierde, este valor de umbral se llama Sensibilidad del Receptor.

• Alineamiento 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: solo aparecen el la transmisión digital ya que el receptor se confunda al recibir simultáneamente 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.

5-.2.4 Soluciones a éstos problemas

Las posibles soluciones a estos problemas de transmisión que GSM propone

pueden ser:

• Codificación de la voz: permite reducir la cantidad de bits usando algoritmos matemáticos.

• Codificación de canal: se realizan procesos de codificación agregando bloques de bits de redundancia y también de codificación de convolución.

• Entrelazado

• Salto de frecuencia: el sistema cambia el sistema en uso hasta que el problema desaparece.

• Diversidad de antena: la idea es utilizar dos canales de recepción que se vean afectados de diferente forma por los desvanecimientos eligiendo en cada momento la mejor de las dos.

• Ecualizador: este problema viene a solucionar la Interferencia simulando un canal ideal y comparándolo con la información que se está recibiendo y encontrando un valor probable para ese bit.

• Avance en el tiempo: si la estación móvil se aleja de la base durante la 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.

5-.2.5 Servicios que ofrece al usuario

Los servicios básicos de telecomunicación que GSM ofrece al los usuarios se dividen en dos categorías principales:

• Teleservicios: aquellos que permiten al abonado comunicarse con otro abonado.

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

5-.2.5.1 Servicios básicos

Algunos de los Teleservicios básicos que la red GSM pueden ser:

• Voz: capacidad de recibir y de enviar llamadas hacia o desde todo el mundo tanto con abonados fijos como con abonados móviles.

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

• Fax

• Servicios de mensajes cortos: es posible enviar un mensaje de hasta 160 caracteres desde y hacia un terminal móvil. Si el móvil no esta conectado o fuera de cobertura, el mensaje se almacena en la central de mensajes hasta que el abonado se conecte, avisándoles de 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: permite al usuario recibir mensajes de fax en cualquier máquina a través de su móvil.

• Voz y fax alternados: permite que durante una llamada el abonado intercambie entre voz y fax. Se pueden conmutar varias veces.

Entre los servicios portadores básicos; que soportan la transmisión de datos síncronos y asíncronos a velocidades de hasta 9.6Kbit/seg, se pueden distinguir los siguientes:

• Tráfico hacia la red telefónica (PSTN): para enviar el tráfico de datos hacia la red pública es necesario seleccionar un módem.

• Tráfico hacia la Red Digital de Servicios Integrados (ISDN)

• Acceso a otras redes de datos asíncronos: soporta tráfico hacia las redes públicas de conmutación de paquetes y conmutación de circuitos , necesitando un interfaz en función de cada propósito.

5-.2.5.2 Servicios suplementarios

Los servicios elaborados ya sean completando o modificando los teleservicios y los servicios portadores se denominan servicios suplementarios, de los que se pueden destacar:

• Desvío de llamada: facilidad para desviar llamadas entrantes a otro número según sea la situación (móvil apagado, ocupado, no contesta…) todo sin necesidad de apagar el móvil.

• Restricción de llamadas salientes: se puede activar o desactivar desde el terminal, pudiendo restringir todas las llamadas salientes, las llamadas salientes internacionales o bien las llamadas salientes internacionales de la propia red PLMN (Res Pública Móvil).

• Restricción de llamadas entrantes: se pueden restringir todas las llamadas o solo aquellas que procedan de la red PLMN propia. Esto permite al usuario no pagar por las llamadas entrantes sin apagar el equipo.

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

• Llamada en espera: notificar al usuario a través del móvil que tiene una llamada que puede rechazar, contestar o ignorar.

• Multiconferencia: permite al abonado establecer una conversación desde tres a seis abonados al sistema.

5-.2.5.3 Módulo de Identificación de Abonado (SIM)

Excepto por las 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 usuario. 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 algoritmo 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.

En el almacenamiento obligatorio la tarjeta SIM 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.

5-.2.6 Ventajas de GSM

La arquitectura abierta de GSM ofrece una compatibilidad superior con sistemas, equipos y aplicaciones desarrolladas alrededor del mundo. Las principales ventajas y beneficios son:

• Seguridad, privacidad y flexibilidad: a través de la tarjeta SIM que lleva cada teléfono, el usuario obtiene una mayor flexibilidad en la manera como usa sus teléfono sin perder la seguridad y privacidad de sus comunicaciones.

• Innovación constante: los avances más populares e importantes en la comunicación así como en los servicios de valor agregado más exitosos se han dado en las redes GSM.

• Roaming universal: en el futuro los fabricantes de teléfonos construirán unidades que puedan operar en todas las cuatro frecuencias brindándole una verdadera experiencia de roaming universal.

• Terminales: los modelos GSM ofrecen más beneficios, funciones y diseños más atractivos. Estos celulares son más económicos comparados con los TDMA y CDMA, gracias a las economías de escala que otorga fabricar para el 70% de los suscriptores de telefonía celular del mundo.

5-.2.7 Coexistencia de estándares

Los principales problemas de coexistencia que nos podemos encontrar en la segunda generación, tendrán lugar entre los diferentes sistemas europeos, americano y asiático. Estos se solucionarán mediante tecnologías en los móviles conocidas como banda dual, Tribanda y Quatribanda.

La banda dual permite las comunicaciones móviles en Europa. Las bandas que dan cobertura en Europa son la 900 y la 1800 mediante GSM,así hablamos de GSM 900 y GSM 1800. Usualmente la cobertura en 1800 MHz corresponde a las áreas urbanas mientras que la de 900 MHz corresponde a las suburbanas, esto se debe, a que la red GSM 900 tiene más alcance pero tiene menos capacidad de penetración, por eso es ideal para ser utilizada en espacios abiertos, y menos indicada en las ciudades o en zonas verticalmente urbanizadas.

La conmutación entre las dos redes se hace automáticamente cuando una de ellas está saturada o no posee cobertura suficiente. La banda GSM 900 está cada vez más saturada por lo que los dispositivos de banda dual poseen una ventaja respecto a los dispositivos GSM normales al poder conmutar a una segunda banda de comunicaciones.

La tecnología tribanda viene a extender las bandas de comunicación en telefonía móvil existentes al mercado Americano. En este caso, se añade a las anteriores la banda en 1900 MHz, con lo que los dispositivos tribanda funcionan a 900/1800/1900 MHz.

La tecnología quatribanda aplia la cobertura al Sureste asiático y Japón. Las anteriores frecuencias se amplían con GSM 850 MHZ, de forma que los dispositivos Quatribanda operan a 850/900/1800/1900 MHz en redes GSM.

5-.3 Los estándares americanos: CDMA y IS-54

5-.3.1 IS-54

Los sistemas IS-54 añaden canales de tráfico digitales a un sistema EAMPS simplemente sustituyendo canales de tráfico analógicos existentes pos canales digitales TDMA, por lo que las bandas de frecuencia son las mismas. Los equipos digitales operan paralelamente a los que funcionan según el sistema EAMPS y los dos sistemas disponen de un grupo de canales de control comunes a ambos modos de operación. Estos canales de control realizan funciones de difusión (broadcast) búsqueda (paging) y acceso.

Una vez realizado el acceso a la red a través del canal de control, la red reconoce el tipo de Terminal (dual si la estación trabajara con EAMPS y IS-54 a la vez) y le asignará un canal de tráfico DTC. Los canales digitales se constituyen sobre los canales originales de 30 Khz mediante la técnica de TDMA dando lugar a tres DTC. Si no hay disponible ningún DTC la red le podrá asignar un canal analógico FVC/RVC.

Existen dos versiones de intervalos de tiempo en este estándar, una para el canal ascendente y otra para el ascendente. Existe una tercera modalidad denominada ráfaga abreviada que será utilizada por los móviles en sus intentos iniciales de acceso a la red. La voz es codificada mediante un algoritmo CELP (Code Excited Linear Predictive Coding). Los bits de tráfico serán 260 por intervalo de tiempo y se ubican en tres lugares.

La modulación utilizada por este estándar será la FSK para los canales de control dado que no se produce variación con respecto del sistema AMPS original. En cambio para los canales de tráfico (DTC) se utiliza una modulación /4-DPSK donde se transmiten 2bits/símbolo por lo cual es una modulación con buena eficiencia espectral. Las transiciones no pasan por el centro del diagrama lo cual facilita la construcción de los amplificadores. Al producirse una transición de fase la modulación incluirá abundante información de sincronización.

5-.3.2 CDMA

Es una técnica que emplea una serie de códigos especiales para proporcionar múltiples canales de comunicación dentro de un solo segmento dedicado del espectro electromagnético. Los actuales sistemas de telefonía celular dividen el ancho de banda disponible en canales que se distribuyen entre las diferentes celdas que componen el sistema. En CDMA la división de los distintos canales de comunicación se realiza empleando diferentes códigos dentro de una misma porción de espectro con un ancho de banda mucho mayor que el de un sistema convencional. Este objetivo se consigue mediante una técnica denominada espectro ensanchado (spread espectrum), la cual fue empleada por primera en el año 1949 y cuya aplicación ha venido siendo fundamentalmente de tipo militar.

En CDMA las señales pueden ser recibidas en presencia de niveles muy altos de interferencia. Aunque el límite práctico depende de las condiciones del canal, la recepción puede tener lugar en presencia de señales interferentes 18dB por encima del nivel de la señal deseada. Debido a esta característica, los canales disponibles se pueden reutilizar en todos los sectores de todas las celdas. La mitad de la interferencia total provendrá de la propia celda y la otra mitad provendrá de las celdas adyacentes, encontrándose todas ellas operando en la misma frecuencia.

CDMA utiliza una velocidad básica de 9600 bits/s en cada canal de comunicación. Esta velocidad es incrementada hasta los 1,2288 Mbits/s que se emplean para transmitir la señal por el canal de radio. La señal es transmitida utilizando QPSK. Estos 9600 bits/s empleados por este sistema incluyen tanto la transmisión de la voz codificada como la señalización y la codificación para corrección de errores.

CDMA utiliza un serie de técnicas de diversidad que se clasifican en:

• Diversidad espacial: consiste en emplear más de una antena en la estación base. Junto con ésta se emplea lo que se conoce como traspaso sin ruptura que consiste en que antes de que del traspaso de la llamada de una celda a otra, ambas mantendrán el enlace con el móvil de manera simultánea.

• Diversidad en frecuencia: en un entorno con multitrayecto aparecen desvaneciemientos de la señal que en el dominio de la frecuencia aparecen como filtros de ranura. El ancho de banda de frecuencia puede variar siendo suficiente para afectar a 10 canales analógicos pero sólo se elimina el 25% de CDMA.

• Diversidad en el tiempo: existen dos formas, en la primera de ellas se utiliza un receptor RAKE que está formado por varias ramas que incluyen un retardo variable. Variando el retardo se consigue que la señales con diversidad en el tiempo se combinen de manera óptima. La segunda forma es usando códigos de corrección de errores seguidos de entrelazado. La pérdida de bits tiende a estar agrupada en el tiempo mientras que los algoritmos de corrección de errores funcionan mejor con los bits distribuidos. El entrelazado ayuda a la aleatorización de estos bits.

En CDMA un aumento de la potencia transmitida por un móvil afecta a todas las demás comunicaciones debido a que se incrementa la interferencia experimentada por las señales de todos los demás usuarios. CDMA intenta que todas las señales lleguen con la misma potencia usando dos formas de control: bucle abierto o bucle cerrado. La primera se emplea para cuando la señal recibida por el móvil es alta reducirla y si es baja aumentarla. La segunda de las formas consiste en una realimentación activa desde la estación base indicando al móvil que aumente o disminuya la frecuencia.

5-.3.3 Diferencias de CDMA con sistemas analógicos y digitales

Todos los usuarios comparten la misma frecuencia. Para un sistema completamente cargado se pueden soportar hasta 35 comunicaciones en una misma frecuencia. Los canales son dúplex a dos frecuencias con un ancho de banda aproximadamente 1,23MHz separados 45MHz ambos sentidos de transmisión. La banda utilizada es de la 800MHz. En las estaciones base sólo es necesario un transmisor/receptor por cada celda o sector.

Los distintos canales de comunicación se diferencian por el código empleado. No es necesario realizar una planificación de frecuencias como en los sistemas celulares convencionales.

El límite del sistema no es estricto, es decir, la aparición de nuevos usuarios añade más interferencia al sistema lo cual provoca una mayor tasa de error en todas las comunicaciones. También el sistema CDMA se beneficia del ciclo de actividad de la voz lo cual provoca un considerable incremento respecto de la capacidad teórica del sistema, evaluada para un ciclo de actividad vocal.

5-.3.4 Comparación de CDMA respecto a GSM

CDMA es la base del sistema IS-95 desarrollado por Qualcomm. El área de cobertura de IS-95 depende del número de usuarios activos (carga de cada 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.

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 la cantidad de la celda son impuestos por la cantidad del espectro disponible y por el grado de interferencia de cocanales.

5-.4 El estándar japonés

El estándar japonés PDC utiliza un sistema TDMA con tres ranuras de tiempo como IS-54. También se usa un eficiente método de codificación de palabra: VSELP con el resultado de un flujo de bits de 11,2kBit/s incluyendo el canal d codificación. Las tres ranuras de tiempo resultan de velocidad de modulación de 42 nbots/S y una anchura de canal de 25kHz.Esto proporciona una alta eficiencia en el espectro y de acuerdo con algunos especialistas no japoneses, más del doble de buena que en GSM. En este estándar la estación base y los terminales móviles usan diversidad de antena, de esta manera se ha hecho un intento para evitar el uso de ecualizadores complicados (como en GSM y D-AMPS). Los servicios de faz y datos trabajan a 9,6 kbits/s y se pensó en utilizar un servicio de conmutación de paquetes pero al final no ha sido implementado.

Se pueden usar dos bandas de frecuencias: la de 800MHz y la de 1,5GHz. Existen dos secciones de 16MHz disponibles en la primera de ellas y se usa una frecuencia dúplex de 130 MHz. En la banda superior 1,5GHz se usan dos áreas comprimiendo un total de 24MHz. Aquí la frecuencia dúplex es de 48MHz. Para un futuro se está pensando la posibilidad de utilizar seis ranuras de tiempo que proporcionará al sistema del doble de capacidad y de un servicio de datos más rápido.

6-. Generación 2.5 : GPRS

Hoy en día el número de usuarios de telefonía móvil y de Internet ha crecido impresionantemente, por eso surgió la necesidad de fusionar ambas redes. GPRS (Global Packet Radio Service) está basado en GSM que surgió para dar solución a los problemas que había en la primera generación de telefonía móvil.

GPRS es una nueva tecnología que comparte el rango de frecuencias de la red GSM utilizando una transmisión de datos por medio de 'paquetes', al contrario de GSM que utiliza conmutación de circuitos. La conmutación de paquetes es un procedimiento más adecuado para transmitir datos, hasta ahora los datos se habían transmitido mediante conmutación de circuitos, procedimiento más adecuado para la transmisión de voz.

6-.1 Propiedades de GPRS

Las dos características principales de la tecnología GPRS son:

• Los canales se comparten entre varios usuarios: En GPRS los canales de comunicación se comparten entre los distintos usuarios dinámicamente, de modo que un usuario sólo tiene asignado un canal cuando se está realmente transmitiendo datos. Para utilizar GPRS se precisa un teléfono que soporte esta tecnología. La mayoría de estos terminales soportarán también GSM, por lo que podrá realizar sus llamadas de voz utilizando la red GSM de modo habitual y sus llamadas de datos (conexión a Internet, WAP,...) tanto con GSM como con GPRS.

• Obtiene mayor velocidad y eficiencia de la red: Tradicionalmente la transmisión de datos inalámbrica se ha venido realizando utilizando un canal dedicado GSM a una velocidad máxima de 9.6 Kbps. Con el GPRS no sólo la velocidad de transmisión de datos se ve aumentada hasta un mínimo 40 Kbps y un máximo de 115 Kbps por comunicación, sino que además la tecnología utilizada permite compartir cada canal por varios usuarios, mejorando así la eficiencia en la utilización de los recursos de red.

6-.2 Arquitectura GPRS

Podemos describir la arquitectura GPRS mediante el gráfico que tenemos a continuación

Para integrar las redes GPRS sobres las arquitecturas GSM existentes un nuevo tipo de nodos son introduciendo una nueva clase se nodos, llamados nodos de soporte GPRS (GSN). Estos nodos son los responsables de deliberar y rutar los paquetes de datos entre estaciones móviles y redes de paquetes de datos externas (PDN).

El servicio de soporte de nodos GPRS (SGSN) es el encargado de elegir los paquetes de datos desde y hacia las estaciones móviles sin su servicio de área. Su táctica incluye transferencia y rutado de paquetes, gestión de la movilidad, gestión lógica del link y autenticación. El registro de información del SGSN almacena información de localización y perfiles de usuario de todos los usuarios registrados a la SGSN.

Un nodo de soporte GPRS pasarela (GGSN) actúa como una interfaz entre la red tronca GPRS y las redes de paquetes de datos externas. Convierte los paquetes GPRS entrantes de la SGSN en los correspondientes formatos para los paquetes de datos de control (PDP), y envía fuera a la correspondiente red paquetes de datos. En otra parte, las entradas PDP de los paquetes de datos entrantes son convertidas a la dirección del usuario GSM. Allí los paquetes diseccionados son enviados a la SGSN responsable, por esta razón la GGSN almacena la dirección de la SGSN del usuario y de su perfil en su registro de localización.

El interfaz Gb conecta la estación base de control (BSC) con el SGSN. A través de los interfaces Gn y Gp los datos de usuario y las señales de dato son transmitidas entre os GSN. Gn será usado si SGSN y GGSN están situados en la misma PLMN, mientras que e interfaz Gp será utilizado si las PLMN son diferentes. Todas las GSN se interconectan utilizando una red troncal IP-based GPRS (Inter PLMN GPRS). Con esta troncal las GSN encapsulan los paquetes PDN y los transmiten usando GTP (GPRS tunneling protocol). Existen dos tipos de troncal GPRS:

• Redes troncales Intra-PLMN conectan GSN a la misma PLMN y son por tanto redes IP-Based del proveedor de GPRS.

• Redes troncales Inter-PLMN conectan GSN a diferentes PLMN. Un acuerdo de roaming entre dos proveedores de red GPRS es necesario para instalar este tipo de redes.

Los HLR almacenan el perfil de usuario, de la SGSN en curso, la dirección PDP para cada usuario de la PLMN. El interfaz Gr se usa para intercambiar información entre HLR y SGSN

6-.2.1 Pila de protocolos del plano de transmisión

El plano de transmisión es el encargado de proveer la transmisión de los datos del usuario y su señalización para el control de flujo, detección de errores y la corrección de los mismos.

GTP: GPRS Tunneling Protocol. Es el encargado de transportar los paquetes del usuario y sus señales relacionadas entre los nodos de soporte de GPRS (GSN). Los paquetes GTP contiene los paquetes IP o X.25 del usuario. Por debajo de él, los protocolos estándares TCP o UDP se encargan de transportar los paquetes por la red. Resumiendo, en el Backbone del GPRS tenemos una arquitectura de transporte IP/X.25-sobre-GTP-sobre-UDP/TCP-sobre IP.

SNDCP: Subnetwork Dependent Convergence Protocol. Es el encargado de transferir los paquetes de datos entre los SGSN (nodo responsable de la entrega de paquetes al terminal móvil) y la estación móvil. Las funciones que desempeña:

• Multiplexación de diversas conexiones de la capa de red en una conexión lógica virtual de la capa LLC.

• Compresión y descompresión de los datos e información redundante de cabecera.

AIR INTERFACE: Concierne a las comunicaciones entre la estación móvil y la BSS en los protocolos de las capas física, MAC, y RLC.

Las subcapas RLC/MAC permiten una eficiente multiplexación multiusuario en los canales de paquetes de datos compartidos, y utiliza un protocolo ARQ selectivo para transmisiones seguras a través del interfaz aire. El canal físico dedicado para tráfico en modo paquete se llama PDCH (Packet Data Channel).

DATA LINK LAYER: Capa de enlace de datos. Se encuentra entre la estación móvil (el móvil GPRS en sí) y la red.

Se subdivide en:

• La capa LLC (entre MS-SGSN): Provee un enlace altamente fiable y esta basado en el protocolo DIC e incluye control de secuencia, entrega en orden, control de flujo, detección de errores de transmisión y retransmisión

• La capa RLC/MAC (entre MS-BSS): Incluye dos funciones. El principal propósito de la capa de Control de Radio Enlace (RLC) es la de establecer un enlace fiable. Esto incluye la segmentación y reensamblado de las tramas LLC en bloques de datos RLC y ARQ (peticiones de retransmisión) de códigos incorregibles. La capa MAC controla los intentos de acceder de un MS a un canal de radio compartido por varios MS. Emplea algoritmos de resolución de contenciones, multiplexación de multiusuarios y prioridades según la QoS contratada.

PHYSICAL LAYER: Capa física entre MS y BSS. También se subdivide en dos subcapas.

• La capa del enlace físico (PLL) provee un canal físico. Sus tareas incluyen la codificación del canal (detección de errores de transmisión, corrección adelantada (FEC), indicación de códigos incorregibles), interleaving y la detección de congestión del enlace físico.

• La capa de enlace de radio frecuencia (RFL) trabaja por debajo de la PLL e incluye la modulación y la demodulación.

INTERFAZ BSS-SGSN: El protocolo de aplicación BSS GPRS (BSSGP) se encarga del enrutado y lo relativo a la información de la QoS entre BSS y SGSN. El servicio de red (NS) esta basado en el protocolo de Frame Relay.

6-.3 Mejoras de GPRS frente a GSM

Como ya sabemos GPRS está basado en GSM, con el resultado de unas series de mejoras como las que se describen a continuación:

• Velocidad de transferencia mayor que en GSM, hasta 144Kbps

• Conexión permanente: Tiempo de establecimiento de conexión inferior al segundo

• Pago por cantidad de información transmitida, no por tiempo de conexión.

6-.4 Ventajas GPRS

A continuación se citarán una serie de ventajas que ofrece tanto para el cliente como para la operadora que ofrece el servicio:

• Always connected: un usuario puede estar conectado todo el tiempo que desee, puesto que no hace uso de recursos de red, mientras no esté recibiendo ni transmitiendo datos.

• Tarificación por datos transmitidos no por tiempo.

• Coste nulo de establecimiento de la transmisión

• Mayor velocidad de transmisión ya que se pueden tener varios canales asignados para la transmisión.

• Posibilidad de recibir o realizar llamadas mientras se está conectado o utilizando cualquiera de los servicios disponibles

• Modo de transmisión asimétrico tendrá cuatro veces mayor capacidad de transmisión de bajada que de subida

• Uso eficiente de los recursos de red ya que los usuarios ocupan los recursos de la red en el momento en que se están transmitiendo o recibiendo datos y además se pueden compartir los canales de comunicación entre los diferentes usuarios.

6-.5 Servicios que proporciona GPRS al usuario

Los servicios que obtendrá un usuario de este sistema serían los equivalentes a tener un PC conectado a Internet, siendo este de tamaño bolsillo. Los principales servicios que ofrece son:

• Acceder en movilidad a Internet y al correo electrónico. GPRS permite acceder en movilidad a todas las facilidades de Internet usando el Terminal GPRS como módem.

• Acceder con facilidad a la intranet corporativa

• Acceso a cuentas de correo corporativas (intranet)

• Acceso a bases de datos y aplicaciones corporativas desde un dispositivo móvil

• Acceso GPRS a aplicaciones WAP para usos empresariales (a través del servicio WAP).

• Acceso a servicios de información (a través del servicio WAP).

6-.6 Otros protocolos de la generación 2.5

No sólo GPRS conforma esta generación sino que existen otros dos protocolos que se desarrollaron a la vez : EDGE y HSCSD

6-.6.1 EDGE

EDGE (Enhanced data rates for Global Evolution) es una estándar de móvil de datos de alta velocidad. Permite conseguir transmisiones de datos a velocidades de 384kbps cuando todas las ranuras de datos son usadas. Esto significa una tasa máxima de bit 48 kbps para cada ranura, puediendo incluso conseguir velocidades mayores si las condiciones son buenas.

EDGE fue inicialmente desarrollado para operadores de redes móviles que fracasaron en ganar espectro a UMTS. EDGE da la posibilidad de ofrecer datos de servicio a velocidades cercanas a aquellas que ofrece las redes UMTS.

La implementación de los operadores de red de EDGE han sido diseñados para ser simples. Únicamente cada unidad de transmisión se necesitará para ser instalada en cada celda. La capacidad del transmisor del nuevo EDGE puede manejar el estándar de tráfico de GSM conmutará a EDGE cuando sea necesario.

Terminales capaces EDGE se necesitarán porque existen terminales GSM que no soportan las nuevas tecnologías y necesitarán ser mejoradas para usar las funcionalidades de las redes EDGE. Se espera que algunos terminales soporten grandes tasas de datos en el link de bajada, mientras que otros accederán tanto en el link de subida como en el de bajada.

Más tarde la industria introdujo lo que se llama el Compact EDGE. Esto es una versión del efecto eficiente de EDGE que soportará tasas de datos de 384 kbits pero que sólo requerirá de una parte del espectro pequeña y por tanto podría trabajar con partes del espectro limitadas. De todo esto surgió el EDGE con evolución TDMA.

6-.6.2 HSCSD

HSCSD o High Speed Circuit Switched Data proporciona a un usuario el poder acceder a varios canales a la vez. Como tal, hay una conexión directa entre la mayor velocidad y los costes asociados de usar más recursos de radio (es caro para los usuarios finales tener que pagar por múltiples llamadas).

La transmisión estándar de un sistema de conmutación de paquetes es de 14.4 Kbps mientras que usando HSCSD tenemos 57.6 Kbps. Esto es equivalente que proporcionar la misma tasa de transmisión como hay disponible en un canal ISDN-B. Algunos centros de conmutación móvil tiene limitados a 64 kbps la máxima velocidad (restricción que no existe en GPRS).

En sistemas donde se encuentra desarrollado HSCSD, GPRS ocupa el tercer lugar en cuanto prioridad, donde el primer lugar es para la voz y la segunda para HSCSD. Puede ser utilizado para realizar llamadas, de tal manera que las llamadas HSCSD pueden ser reducidas a un solo canal si las llamadas buscan ocupar este canal. HSCSD no afecta a disponibilidad del servicio de voz pero se la afecta. Es difícil ver como HSCSD puede ser desarrollado en redes ocupar y todavía otorgar un buen servicio al usuario con una tasa de datos continua alta. HSCSD es además el más indicado en aquellas redes nuevas o aquellas con suficiente capacidad compartida. Sin embargo HSCSD es mucho más fácil de implementar que GPRS porque algunos vendedores de GSM requieres un software mejorado para estaciones base y no un nuevo hardware.

Existen un par de razones de porque HSCSD debería ser prioritario con respecto a GPRS. El hecho es que los paquetes asociados pueden ser enviados en diferentes direcciones para llegar al mismo destino debería hacer de la transmisión más segura ya que hay diferentes maneras de llegar al usuario final. Sin embargo esta naturaleza de los paquetes de transmisión, significa que los paquetes están sujetos a retraso variable y algunos pueden sufrir pérdidas. Mientras que la retransmisión de paquetes está incorporada en los estándares GPRS, por supuesto esto toma tiempo y en el caso de las aplicaciones de transmisión de video pueden causar peor calidad de imagen.

Otra razón de porqué es mejor utilizar HSCSD podría ser el caso en mientras GPRS es complementario para las comunicaciones con redes basadas en paquetes como Internet, HSCSD puede ser la mejor manera de comunicar con otras comunicaciones de conmutación de circuitos como puede ser PLMN y ISDN. Nokia utiliza HSCSD con cierto éxito.

6-.7 Mercado Actual

Hoy por hoy las tres operadoras de telefonía móvil en España ofrecen sus servicios GPRS.

Dado el gran éxito experimentado por los mensajes cortos (SMS: Short Messaging Service) aparecen dos nuevas plataformas para el envio de mensajes: EMS y MMS.

La primera de ellas está ya al alcance de ciertos terminales, mientras que MMS es algo que se esta empezando a introducir en el mercado. Está prevista su total implantación con los móviles de tercera generación, aunque en un futuro próximo podremos ver algunas de sus características en terminales GPRS.

EMS: Los mensajes EMS nacen como la posibilidad de enviar no sólo texto, sino además ciertos contenidos multimedia. Entre sus características principales podemos ver que admiten tanto texto (ahora con posibilidades de formato y justificación) como sonidos (predefinidos o propios y con una longitud máxima de 128 bytes), imágenes (con múltiples formatos) y animaciones. Este nuevo tipo de mensajes utilizan la misma infraestructura que su predecesor, el SMS, lo cual permite que hoy en día ya hayan aparecido ciertas tecnologías propietarias y terminales que los soportan, como son los teléfonos Nokia. Este fabricante de móviles ha desarrollado el Nokia Smart Messaging, gracias a la cual se pueden descargar melodías de la red, así como logos y animaciones. A pesar de sus limitaciones, éste es ya un paso hacia adelante hacia lo que serían los MMS…

MMS: El MMS nace como un formato con miras a ser compatible en todo lo posible hacia adelante. No es así hacia atrás, pues como vemos, al utilizar nuevos protocolos internet para el envio de mensajes, como son en SMTP o MIME ya se desmarca totalmente de sus predecesores. Además, estos mensajes serán transferidos como datos, y no por el canal de señalización como se ha hecho hasta ahora.

7-. Estándares de futuro

Pero el mercado de las telecomunicaciones evoluciona muy rápidamente y actualmente ya se encuentra implantada la tercera generación de telefonía móvil que no tardará en sobrepasar a la segunda generación y ya se están haciendo estudio para la cuarta generación.

La tercera generación (3G) se caracteriza por contener a la convergencia de voz y datos con acceso inalámbrico a Internet; en otras palabras, es apta para aplicaciones multimedia y altas transmisiones de datos.

Los protocolos empleados en los sistemas 3G soportan altas velocidades de información y están enfocados para aplicaciones más allá de la voz como audio (mp3), video en movimiento, videoconferencia y acceso rápido a Internet, sólo por nombrar algunos. Las redes de tercera generación empezaron a operar en el 2001 en Japón, por NTT DoCoMo; en Europa y parte de Asia en el 2002, posteriormente en Estados Unidos y otros países.

Asimismo, en un futuro próximo los sistemas 3G alcanzarán velocidades de hasta 384 kbps, permitiendo una movilidad total a usuarios, viajando a 120 kilómetros por hora en ambientes exteriores. También alcanzará una velocidad máxima de 2 Mbps, permitiendo una movilidad limitada a usuarios, caminando a menos de 10 kilómetros por hora en ambientes estacionarios de corto alcance o en interiores.

En relación a las predicciones sobre la cantidad de usuarios que podría albergar 3G, The Yanlee Gropu anticipa que en el 2004 habrá más de 1,150 millones en el mundo, comparados con los 700 millones que hubo en el 2000. Dichas cifras nos anticipan un gran número de capital involucrado en la telefonía inalámbrica, lo que con mayor razón las compañías fabricantes de tecnología, así como los proveedores de servicios de telecomunicaciones estarán dispuestos a invertir su capital en esta nueva aventura llamada 3G.

7-.1 UMTS

UMTS son las siglas de Universal Mobile Telecommunication System (Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles), un canal de comunicación en el que todo es nuevo: nuevas frecuencias, nuevos proveedores, nuevas infraestructuras básicas, nuevos teléfonos, etc. Es un nuevo sistema que revolucionará el mundo de la telefonía móvil.

Básicamente, los servicios de tercera generación combinan el acceso móvil de alta velocidad con los servicios basados en el Protocolo Internet (IP). Pero esto no sólo conlleva una conexión rápida con Internet, sino también realizar transacciones bancarias a través del teléfono, hacer compras o consultar todo tipo de información.

Mientras que el sistema actual GSM (Sistema Internacional para Comunicaciones Móviles) y los terminales móviles están preparados para la transmisión rápida de datos de voz y texto, la red de tercera generación UMTS permitirá el trasvase de información multimedia a una velocidad de 2 Megabits por segundo. Actualmente, transmitir 2 MB de vídeo a través de la red GSM cuesta media hora, mientras que con el sistema UMTS serán necesarios tan sólo 8 segundos. Permitirá estar conectado a la red de forma permanente sin pagar más que cuando se utilice el terminal para realizar una operación.

UMTS permitirá, por ejemplo, desde el coche y encendiendo el teléfono móvil navegar por Internet para acceder a nuestra cuenta bancaria, comprobar el estado de nuestras cuentas corrientes, pagar un par de facturas, ver una videoconferencia del presidente del banco o hablar con algún empleado del mismo.

7-.2 Cuarta generación

Aún cuando la tercera generación todavía no está totalmente extendida a nivel mundial, ya se está haciendo estudios para el desarrollo de la cuarta generación de telefonía móvil.

A finales de este año 2005 la empresa de telecomunicaciones japonesa NTT DoCoMo abrirá un centro de investigación y desarrollo en la capital China, para desarrollar la cuarta generación. Se espera que esta tecnología sea capaz de transmitir datos a velocidades muy superiores a las de la tercera generación que recién se está instalando en muchos países. La tercera generación permite aplicaciones multimedia dentro de un rango que va de entrer los 384kbps y 2,4 Mbps, que se queda un poco pequeña para los 100Mbps que se espera llegar con la cuarta generación.

La otra gran ventaja de la 4G será la velocidad. Mientras que las redes 3G proporcionan 2 megabits por segundo, la 4G alcanzará desde 20 a 100 megabits por segundo en los tramos UMTS, e incluso un gigabyte en las redes locales y los hotspots. Gracias a ello podrán utilizarse varias aplicaciones de forma simultánea, como videoconferencias o reproducción de películas a través del móvil con la máxima resolución. Aunque la 4G empieza a asomar en las conferencias y debates especializados, ya existen operadoras y fabricantes que experimentan con ella, especialmente en Asia.

8-. Datos de mercado

La adopción de los estándares ha estado ligado siempre a la región donde se encuentre. Por ejemplo en Europa los estándares de los que han hecho uso han sido GSM y DCS-1800 mientras que Japón ha utilizado sus estándares y con Estados unidos ha pasado prácticamente lo mismo con su estándar AMPS. El resto del mundo se encuentra muy fragmentado y encontramos estándares familiares por el resto del mundo. El número de abonados de primera y segunda generación hasta 1996 se puede ver en la siguiente tabla:

Si nos damos cuenta de que TACS deriva de AMPS y que muchos usuarios se encuentran en redes combinadas AMPS/DAMPS probablemente usen un teléfono AMPS y se puede ver que AMPS fue el estándar más adoptado de la primera generación. Pero en 1996 la segunda generación estaba implantándose aunque no llegara al nivel de la primera generación, pero se ve claramente como las redes GSM estaban creciendo rápidamente.

Como se puede ver a continuación la implantación de GSM y de las tecnologías de la segunda generación para el año 2000 se había incrementado notablemente hasta llegar a implantarse en muchos países a lo largo del mundo:

Pero si bien en el año 2000 la tecnología analógica era la más implantada, dos años más tarde en el 2002 GSM había ya rebasado a todas los demás estándares:

Como se puede observar casi todos los países del mundo tenían ya instalada tecnología GSM. Para esa misma fecha la cantidad de países que había introducido la telefonía móvil era muy alta como se puede ver en la siguiente gráfica:

Se puede ver que se encuentra implantada en los principales desarrolladores de esta tecnología; que son Europa occidental donde la telefonía móvil llega a valores del 40%, Norteamérica donde nació AMPS con un 28% y Japón con un 33%.

El número de abonados para las diferentes compañías en España para el año 2000 eran:

La segunda generación de telefonía móvil significó un boom de usuarios móviles, que aún se está produciendo en la actualidad. En concreto, las cifras que se

barajan sobre telefonía móvil GSM en España, reflejan que en 1997 existían 3,3 millones de usuarios nacionales y en 2000 9,2 millones, de entre los 120 millones de usuarios existentes en la actualidad a nivel mundial.

En la siguiente gráfica se puede ver la evolución del número de usuarios móviles en España donde se ve el sorprendente creciemiento de la cifra de usuario desde que GSM se implantara en España en el año 1995:

9-. Conclusión

La primera generación supuso una verdadera revolución en el ámbito de las telecomunicación porque por primera vez proporcionábamos movilidad al usuario en lo que ha telefonía se refiere. Eso sí, al ser la primera de las tecnologías desarrolladas tenía sus limitaciones como era el roaming, que sólo era posible en distancias no muy largas y eso hizo la existencia de muchos estándares cada uno independiente de los demás.

Esto hizo que aún cuando la primera generación no estaba todavía instalada anivel mundial, la segunda generación hizo su aparición para intentar mejorar aquellas deficiencias que la primera generación tenía, proporcinando nuevos servicios para el usuario pero la tasa de transmisión seguía siendo un poco lenta, la conexión no era permanente y el pago se realizaba por tiempo transmitiendo. La segunda generación fue una mejora considerable, además de ser la más desarrollada a nivel mundial pero todavía seguía teniendo sus errores.

En cuanto al desarrollo de la segunda generación y media si bién GPRS se presenta como una solución en cuanto a conexión a internet desde el móvil, deberíamos matizar esta afirmación, pues es aún muy cara y no excesivamente potente, por no decir que los terminales actuales carecen de displays suficientemente grandes como para hacer atractiva la navegación. Además, deberá competir con la futura 3ªGeneración y con una nueva tecnología procedente de Japón, donde ya cuenta con 30 millones de usuarios, I-mode, y que parece ofrecer mayores velocidades de transferencia que UMTS.

10-. Bibliografía

Para la realización del trabajo se han utilizado dos libros:

• “Mobile Telecommunications: Standards,Regulation and Applications”

• “Comunicaciones móviles”

Las páginas web utilizadas se indican a continuación

• http://www.mobile-phone-directory.org/Glossary/F/FDMA.html

• http://www.it.uc3m.es/~gavilan/apuntes/gsm_intro_2000.pdf

• http://www.burnsidetelecom.com/whitepapers/gsm.pdf

• http://www.iec.org/online/tutorials/cell_comm/topic06.html

• http://www.iec.org/online/tutorials/acrobat/cell_comm.pdf

• http://www.cs.hut.fi/~hhk/GPRS/lect/architecture/ppframe.htm

• http://es.wikipedia.org/wiki/Modulaci%C3%B3n_por_desplazamiento_de_frecuencia

• http://www.mobilein.com/GPRS.pdf

• http://www.3g-generation.com/gprs_and_edge.htm

• http://www.ececs.uc.edu/~cdmc/course/

• http://apuntes.rincondelvago.com/trabajos_global/telecomunicaciones/10/

• http://orbita.starmedia.com/delacrus/umts2.htm

• http://www.redes.upv.es/stdfi/ficheros/s4%20-%20UMTS2.pdf

• http://www.el-mundo.es/ariadna/2002/102/pdf/pag03.pdf

• http://www.noticiasdot.com/publicaciones/2003/0903/0109/noticias010903/noticias010903-21.htm

• http://w3.uqo.ca/luigi/INF6083/

• http://www.iese.edu/es/files/5_13370.pdf

• http://www.expansiondirecto.com/tecnologia/umts/5umts.html

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MSC