Telefonía celular

Gerencia de Servicio Técnico R9


1

! Introducción a las comunicaciones inalámbricas móviles

" Panorama de los sistemas inalámbricos

" Características de la interfaz inalámbrica

" Planeación de frecuencias" Ingeniería de tráfico" Telefonía celular analógica" Telefonía celular digital" Nuevas aplicaciones


2

Objetivos Generales del CursoObjetivos Generales del Curso

! Conocer el panorama de los servicios de comunicación inalámbricos actuales.

! Aprender los aspectos más importantes relacionados con la arquitectura y funcionamiento fundamental de los sistemas celular y PCS.

! Aprender los conceptos básicos relacionados con la planeación de frecuencias en sistemas celulares.

! Aprender el manejo de los aspectos relacionados con la planeación de tráfico sobre sistemas celulares.

! Conocer las nuevas aplicaciones en los sistemas de comunicación inalámbrica

! Conocer el panorama de los servicios de comunicación inalámbricos actuales.

! Aprender los aspectos más importantes relacionados con la arquitectura y funcionamiento fundamental de los sistemas celular y PCS.

! Aprender los conceptos básicos relacionados con la planeación de frecuencias en sistemas celulares.

! Aprender el manejo de los aspectos relacionados con la planeación de tráfico sobre sistemas celulares.

! Conocer las nuevas aplicaciones en los sistemas de comunicación inalámbrica


3

En este CapítuloEn este Capítulo

#Objetivo:• Conocer el panorama de los servicios de comunicación

inalámbricos actuales.

# Introducción a las comunicaciones inalámbricas móviles

• Evolución de las comunicaciones inalámbricas• Sistemas inalámbricos y principales aplicaciones• Definición de los mercados Celular y PCS• El espectro radioeléctrico y su asignación en México


4

Telefonía móvil convencionalTelefonía móvil convencional# El primer sistema que permitió la comunicación entre la red móvil y la red fija

fue el sistema conocido como IMTS (Improved Mobile Telephone Service).# Este sistema utiliza una antena de alta potencia para dar cobertura a toda una

zona en un radio entre 30 y 80 kms.# Esta característica representa al menos dos problemas:

• La potencia de las señales transmitidas hace que los canales empleados no puedan reutilizarse en áreas cercanas.

• El equipo terminal de usuario debe manejar altas potencias y por lo tanto no puede ser de pequeñas dimensiones.

# El primer sistema que permitió la comunicación entre la red móvil y la red fija fue el sistema conocido como IMTS (Improved Mobile Telephone Service).# Este sistema utiliza una antena de alta potencia para dar cobertura a toda una

zona en un radio entre 30 y 80 kms.# Esta característica representa al menos dos problemas:

• La potencia de las señales transmitidas hace que los canales empleados no puedan reutilizarse en áreas cercanas.

• El equipo terminal de usuario debe manejar altas potencias y por lo tanto no puede ser de pequeñas dimensiones.

30 - 80 km


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Telefonía celularTelefonía celular# Los problemas del sistema IMTS fueron resueltos mediante la introducción de los

sistemas celulares.# Los sistemas celulares utilizan varias antenas o “celdas” para dar cobertura a una

zona.# Bajo este principio es posible reutilizar las frecuencias para incrementar el número de

usuarios simultáneos y también se puede reducir la potencia necesaria en el equipo móvil y en consecuencia su tamaño.

# El sistema celular fue desarrollado por los Laboratorios Bell en cooperación con Motorola y el primer servicio comercial en América se liberó en Chicago en 1983.

# Dentro de las características que se esperaban del sistema celular se encuentran: gran capacidad de suscriptores, uso eficiente del espectro, compatibilidad nacional, calidad del servicio semejante a la telefonía

# Los problemas del sistema IMTS fueron resueltos mediante la introducción de los sistemas celulares.

# Los sistemas celulares utilizan varias antenas o “celdas” para dar cobertura a una zona.

# Bajo este principio es posible reutilizar las frecuencias para incrementar el número de usuarios simultáneos y también se puede reducir la potencia necesaria en el equipo móvil y en consecuencia su tamaño.

# El sistema celular fue desarrollado por los Laboratorios Bell en cooperación con Motorola y el primer servicio comercial en América se liberó en Chicago en 1983.

# Dentro de las características que se esperaban del sistema celular se encuentran: gran capacidad de suscriptores, uso eficiente del espectro, compatibilidad nacional, calidad del servicio semejante a la telefonía

30 - 80 km

CeldaCeldaSitioSitio


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Historia de la telefonía celularHistoria de la telefonía celular

# La telefonía celular analógica fue concebida alrededor de 1940, planeada en los 60´s y lanzada en los primero años de los 80´s. Desarrollada inicialmente por los ingenieros de los laboratorios Bell.

# En 1983 comienza el primer servicio comercial de telefonía celular de América en Chicago.

# Se predecía que para el año 2000 se habrían vendido 1 millón de teléfonos celulares, sin embargo esto sucedió en octubre de 1986, 14 años antes.

# En 1986 se comienza a estandarizar el sistema europeo GSM.# En 1987 después de varios años de estudio se define el estándar IS-41 (Interim

Standar 41).# También en 1987 USA cuenta ya con 1,230,855 abonados con un promedio de

consumo de 100USD/mes. Lo cual significa entradas por más de cien millones de dólares mensuales.

# 1989 comienzan las evaluaciones sobre TDMA.# 1990 Comienza el servicio de telefonía celular en México.# 1992 el estándar TDMA se termina y es introducido por la mayoría de los

fabricantes de teléfonos.# 1993 se cuenta con 22 millones de abonados celulares en todo el mundo aprox.# 1994 IUSACELL introduce el servicio digital basado en la tecnología TDMA# 1995 La lucha entre TDMA y CDMA se plantea difícil para ver cual de las dos

ganará más mercado.# 1997 TELCEL selecciona TDMA (IS-136) y IUSACELL cambia a CDMA (IS-95)# En 1999 PEGASO y UNEFON introducen el servicio PCS en México.

# La telefonía celular analógica fue concebida alrededor de 1940, planeada en los 60´s y lanzada en los primero años de los 80´s. Desarrollada inicialmente por los ingenieros de los laboratorios Bell.

# En 1983 comienza el primer servicio comercial de telefonía celular de América en Chicago.

# Se predecía que para el año 2000 se habrían vendido 1 millón de teléfonos celulares, sin embargo esto sucedió en octubre de 1986, 14 años antes.

# En 1986 se comienza a estandarizar el sistema europeo GSM.# En 1987 después de varios años de estudio se define el estándar IS-41 (Interim

Standar 41).# También en 1987 USA cuenta ya con 1,230,855 abonados con un promedio de

consumo de 100USD/mes. Lo cual significa entradas por más de cien millones de dólares mensuales.

# 1989 comienzan las evaluaciones sobre TDMA.# 1990 Comienza el servicio de telefonía celular en México.# 1992 el estándar TDMA se termina y es introducido por la mayoría de los

fabricantes de teléfonos.# 1993 se cuenta con 22 millones de abonados celulares en todo el mundo aprox.# 1994 IUSACELL introduce el servicio digital basado en la tecnología TDMA# 1995 La lucha entre TDMA y CDMA se plantea difícil para ver cual de las dos

ganará más mercado.# 1997 TELCEL selecciona TDMA (IS-136) y IUSACELL cambia a CDMA (IS-95)# En 1999 PEGASO y UNEFON introducen el servicio PCS en México.

Gerencia de Servicio Técnico R9Gerencia de Servicio Técnico R9

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Crecimiento de las comunicaciones inalámbricasCrecimiento de las comunicaciones inalámbricas

# Se predecía que para el año 2000 se habrían vendido 1 millón de teléfonos celulares, sin embargo esto sucedió en octubre de 1986, 14 años antes.# En 1996 se contaba con cerca de 110 M de usuarios inalámbricos entre

servicios celulares, PCS y WLL.# Actualmente se cuenta con más de 450 M de usuarios inalámbricos.

1986 1987 1989 1991 1993 1995 1996 2000

Usuarios Inalámbricos

450,000,000

1,000,000


8

Celulares / 100 HabitantesCelulares / 100 Habitantes

0 5 10 15 20 25 30

1

México

Chile

China

Brasil

Polonia

Taiw an

Korea

Argentina

Suiza

Inglaterra

Suecia

España

Alemania

Francia

Japón

Canadá

Estados Unidos

Fuente: UIT-T World Telecommunications Report 1998 (Datos 1996)


9

Crecimiento en México (hasta 1999)Crecimiento en México (hasta 1999)

# El servicio celular creció 298% en 1999# Causas del crecimiento explosivo del celular:

• Esquema “el que llama paga”• Sistemas de prepago

1997: 9.253 milones1998: 9.927 millones1999: 10.926 millones

1997: 9.253 milones1998: 9.927 millones1999: 10.926 millones

1997: 1.022 millones1998: 1.741 millones1999: 6.944 millones

1997: 1.022 millones1998: 1.741 millones1999: 6.944 millones

Teléfonos Celulares

Fuente: Cofetel, Marzo 2000


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Panorama de Comunicaciones InalámbricasPanorama de Comunicaciones Inalámbricas

Paging

wLANs

Telefonía Inalámbrica

Telefonía Celular y PCS

Telefonía Satelital (GMPCS)

wWANs

Trunking

WLL

PTP

FWA

BWA

Comunicaciones Inalámbricas

VSAT


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Criterios de evaluación de un sistemaCriterios de evaluación de un sistema

#Criterios importantes en la evaluación de un sistema inalámbrico:

• Capacidad• Costo por usuario• Movilidad• Calidad de voz• Velocidad de transmisión de datos

HLR

VLR


12

Sistemas de Comunicación PersonalSistemas de Comunicación Personal

InalámbricoInalámbrico Celular, PCSCelular, PCS Satelital (GMPCS)Satelital (GMPCS)

# Sistemas para interiores y exteriores.# Ejemplos: CT2, DECT,

PACS y PHS.# Baja potencia de

transmisión.# Microceldas y

picoceldas.# Antenas pequeñas.# Altas densidades.

# Sistemas para interiores y exteriores.# Ejemplos: CT2, DECT,

PACS y PHS.# Baja potencia de

transmisión.# Microceldas y

picoceldas.# Antenas pequeñas.# Altas densidades.

# Sistemas para exteriores.# Ejemplos: AMPS, IS-

136, IS-95, GSM.# Alta potencia de

transmisión.# Radios de cobertura

entre 1-5km.# Gran altura de las

antenas.# Altas densidades.

# Sistemas para exteriores.# Ejemplos: AMPS, IS-

136, IS-95, GSM.# Alta potencia de

transmisión.# Radios de cobertura

entre 1-5km.# Gran altura de las

antenas.# Altas densidades.

# Sistemas satelitales.# Ejemplos: Iridium†,

Globalstar, ICO.# Comunicación en

cualquier lugar habitable sobre la tierra.# Voz y datos de baja

velocidad.

# Sistemas satelitales.# Ejemplos: Iridium†,

Globalstar, ICO.# Comunicación en

cualquier lugar habitable sobre la tierra.# Voz y datos de baja

velocidad.


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Telefonía InalámbricaTelefonía Inalámbrica

# Telefonía Inalámbrica (Cordless Telephony).# Introducida en los años 70 para extender el par de cobre dentro del área

residencial.# Se caracterizan por:

• Soportar baja movilidad• Baja potencia• Comunicación en ambos sentidos

# Los teléfonos inalámbricos han evolucionado hacia tecnologías digitales (CT-2, DECT, PACS, PHS).# También han salido del área residencial incursionando en las empresas

con los WPBX (Wireless PBX).

PSTN

Central


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Telefonía CelularTelefonía Celular

# Esencialmente lo que conocemos como servicio celular.# Alta potencia de transmisión

• Altura de antenas grande entre 30 y 50 metros• Estaciones radiobase con alto costo• Permiten el movimiento en una área amplia• Servicios de voz en la primera generación

# Esencialmente lo que conocemos como servicio celular.# Alta potencia de transmisión

• Altura de antenas grande entre 30 y 50 metros• Estaciones radiobase con alto costo• Permiten el movimiento en una área amplia• Servicios de voz en la primera generación

Estación Radiobase

Estación Móvil


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Telefonía Celular AnalógicaTelefonía Celular Analógica

$ FDMA

Tecnologías

$ AMPS$ TACS$ NMT

Sistemas

$ RMTS$ NTT

Señal AnalógicaSeñal Analógica


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Telefonía Celular DigitalTelefonía Celular Digital

$ TDMA, CDMA

Tecnologías

$ GSM (TDMA-8, Europa)$ IS-136 (TDMA-3, Telcel)$ IS-95 (CDMA, Iusacell)

Sistemas

Señal DigitalSeñal Digital


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Telefonía Inalámbrica Móvil (PCS)Telefonía Inalámbrica Móvil (PCS)

• Soporte de mayor tráfico• Mejor calidad de voz• Mayor duración de la batería• Radiopuertos más simples y

económicos• Servicio de mensajes cortos

(SMS)

# Esencialmente es lo mismo que el servicio celular pero con usuarios exclusivamente digitales y a diferente frecuencia (1900MHz).# Utilizan principalmente los mismos estándares celulares de la segunda

generación: IS-136, IS-95 y GSM.# En algunos lugares se han implementado mediante sistemas de telefonía

inalámbrica como PACS, PHS y DECT. En este caso se les conoce como servicio telepunto y consiste en colocar radiopuertos en lugares como centros comerciales, aeropuertos, calles peatonales, etc.

# Esencialmente es lo mismo que el servicio celular pero con usuarios exclusivamente digitales y a diferente frecuencia (1900MHz).# Utilizan principalmente los mismos estándares celulares de la segunda

generación: IS-136, IS-95 y GSM.# En algunos lugares se han implementado mediante sistemas de telefonía

inalámbrica como PACS, PHS y DECT. En este caso se les conoce como servicio telepunto y consiste en colocar radiopuertos en lugares como centros comerciales, aeropuertos, calles peatonales, etc.


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# WLL (Wireless Local Loop): Es un sistema que utiliza propagación por ondas de radio para ofrecer el servicio telefónico local en lugar del sistema que utiliza el par de cobre tradicional (Wireline), utilizan estándares celulares, no requieren de la instalación de antenas permiten teléfonos inalámbricos fijos y terminales móviles.# FWA (Fixed Wireless Access): Igual que los sistemas WLL pero con sistemas

propietarios y requieren de la instalación de antenas fijas en las casas.

Telefonía Inalámbrica Fija (WLL/FWA)Telefonía Inalámbrica Fija (WLL/FWA)

Hacia laRed Telefónica

Radiopuerto

FWAFWA

Handset InalámbricoHandset Inalámbrico

Inalámbrico FijoInalámbrico Fijo

POTS o ISDNPOTS o ISDN

WLL: Wireless Local LoopFWA: Fixed Wireless Access

POTS: Plain Old Telephone ServiceISDN: Integrated Services Digital Network


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Convergencia de los servicios: El concepto PCSConvergencia de los servicios: El concepto PCS

Inalámbrico Celular Satélite

UPIN : 5299160169

UPIN: Universal Personal Identification Number

# Se podrá soportar:• Portabilidad• Movilidad

# Se podrán ofrecer servicios de:• Voz, datos y video.

# Proyecto IMT-2000 de la UIT-T

# Se podrá soportar:• Portabilidad• Movilidad

# Se podrán ofrecer servicios de:• Voz, datos y video.

# Proyecto IMT-2000 de la UIT-T


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Evolución de los Sistemas Inalámbricos PersonalesEvolución de los Sistemas Inalámbricos Personales

# Anteriormente los mercados estaban bien definidos.# El desarrollo tecnológico los ha hecho converger.# Anteriormente los mercados estaban bien definidos.# El desarrollo tecnológico los ha hecho converger.

TrunkingAnalógico

Pager deuna vía

CelularAnalógico

TrunkingDigital

Pager dedos vías

CelularDigital

Comunicación móvil multimedia


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Espectro de RadioeléctricoEspectro de Radioeléctrico

30 kHz 30 MHz 300 MHz 3000 MHz 30 GHz 300 GHz

LF - MF - HF VHF UHF SHF EHF

AM TV,FM TV Satélite y MicroondaWireless

PTP, PMP, Satélite (L, S, C, Ku, K, Ka)

Celular - Trunking – Paging - WLL/FWA - PCS

400 MHz 4 GHz

4 GHz 60 GHz


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Bandas en México para PCS y WLL/FWABandas en México para PCS y WLL/FWA

400 MHz 4000 MHz

440 - 450 y 485 - 495

1710 – 1715* y 1805 – 1850*

1910 – 1930*

2025 – 2110* y 2200 – 2285*

1850 - 1910 y 1930 - 1990 3400 - 3700

* Subasta pendiente (PCS y WLL)

FWAFWAPCS/WLLPCS/WLLWLLWLL


23

Regionalización para la SubastaRegionalización para la Subasta

# Regiones para PCS y WLL

# Regiones para Celular


24

Subasta de Frecuencias para PCS y WLL/FWASubasta de Frecuencias para PCS y WLL/FWA

# Inicio de la subasta : 9 de Junio de 1997# Fin de la subasta: 8 de mayo de 1998# Monto total de la subasta: $8,452,171,000 pesos (USD$971,513,908)# Se dividió el país en 9 regiones para PCS y WLL/FWA

# Inicio de la subasta : 9 de Junio de 1997# Fin de la subasta: 8 de mayo de 1998# Monto total de la subasta: $8,452,171,000 pesos (USD$971,513,908)# Se dividió el país en 9 regiones para PCS y WLL/FWA

Banda de 1.9GHz

$6,804,049,000 (80.50%)

Banda de 1.9GHz

$6,804,049,000 (80.50%)

Banda de 3.4GHz

$1,643,622,000 (19.45%)

Banda de 3.4GHz

$1,643,622,000 (19.45%)

Banda de 440MHz

$4,500,000 (0.05%)

Banda de 440MHz

$4,500,000 (0.05%)


25

Empresas GanadorasEmpresas Ganadoras

EmpresaEmpresa ServicioServicio ComentariosComentarios

UNEFONUNEFON PCS y WLLPCS y WLL 9 regiones, Grupo Elektra, TV Azteca9 regiones, Grupo Elektra, TV Azteca

PosturasPosturas

2,620.92,620.9

BandasBandas

2727

PEGASOPEGASO PCSPCS 9 regiones, Pegaso, Qualcomm, Sprint9 regiones, Pegaso, Qualcomm, Sprint2,176.22,176.2 99

TelcelTelcel PCSPCS 9 regiones, Grupo Carso9 regiones, Grupo Carso1,271.51,271.5 99

Midicell*Midicell* PCS y WLLPCS y WLL PCS: R2, R6, R7, R9. WLL: Todas las regiones. Miditel, Korea Telecom.PCS: R2, R6, R7, R9. WLL: Todas las regiones. Miditel, Korea Telecom.1,017.51,017.5 2727

IusacelIusacel PCSPCS PCS: R1 y R4, Grupo Iusacel, Bell AtlanticPCS: R1 y R4, Grupo Iusacel, Bell Atlantic493.1493.1 22

AXTELAXTEL WLLWLL 9 regiones, Tomás Milmo (Cemex)9 regiones, Tomás Milmo (Cemex)447.5447.5 1818

TelmexTelmex WLLWLL 9 regiones, Grupo Carso9 regiones, Grupo Carso405.3405.3 1818

Gpo. HermesGpo.

Hermes PCSPCS PCS: R8, Hank RohnPCS: R8, Hank Rohn20.220.2 11

* No obtuvo las frecuencias por incapacidad económica


26

EjercicioEjercicio

1. ¿Cuáles son los criterios de evaluación de un sistema celular? Comente cada uno de ellos.

2. ¿Cuál es la diferencia entre telefonía celular y telefonía PCS?

3. ¿Cuál es la diferencia entre WLL y FWA?

4. Defina el concepto de PCS

5. ¿Qué bandas de frecuencias se utilizan en México para PCS, WLL y FWA?

6. ¿Cuántas regiones existen en México para el servicio de Telefonía Celular y PCS? ¿La ciudad de México a que región pertenece?


27


" Panorama de los sistemas inalámbricos

! Características de la interfaz inalámbrica

! Planeación de frecuencias! Ingeniería de tráfico! Telefonía celular analógica! Telefonía celular digital! Nuevas aplicaciones


28


#Objetivo:• Aprender los aspectos más importantes

relacionados con la arquitectura y el funcionamiento fundamental de los sistemas celular y PCS.

#Panorama de los sistemas inalámbricos• Arquitectura de un sistema inalámbrico• Descripción de los componentes de un sistema: MS,

BTS, BSC y MSC.• Manejo de la movilidad: Hand-off y Roaming


29

Arquitectura del sistema celular y PCSArquitectura del sistema celular y PCS

MSCCentral

Telefónica Celular

BSS: Base Station SubsystemMSC: Mobile Switching Center

BSTEstación

Base

BSCControlador

MSEstación

Móvil

1 2 3 4

BSS

MS: Mobile StationBST: Base Station TransceiverBSC: Base Station Controller

PSTN

CENTRALTELEFONICA

Interfaz aérea


30

Componentes del sistema de comunicaciónComponentes del sistema de comunicación

Codificación(FEC)

InfoModulaciónAcceso

MúltipleCodificación

Fuente y Compresión

Transmisor

Codificación Fuente y Compresión: Voz(4, 8 y 13 kbps), Vídeo (MPEG4, 64k-2Mbps), Audio (MP3)Control de Errores: FEC 1/2, 1/3, K=9 Acceso Múltiple: FDMA, TDMA y CDMA, WCDMA, T/CDMA, OFDM.Modulación: QPSK, BPSK, QAMAncho de Banda utilizado: 10KHz, 25KHz, 30KHz, 200KHz, 1.25MHz y 5MHz.

Codificación Fuente y Compresión: Voz(4, 8 y 13 kbps), Vídeo (MPEG4, 64k-2Mbps), Audio (MP3)Control de Errores: FEC 1/2, 1/3, K=9 Acceso Múltiple: FDMA, TDMA y CDMA, WCDMA, T/CDMA, OFDM.Modulación: QPSK, BPSK, QAMAncho de Banda utilizado: 10KHz, 25KHz, 30KHz, 200KHz, 1.25MHz y 5MHz.

1

23

4

5

1

6

2 3 4


31

Interfaz aéreaInterfaz aérea

# Para la interfaz aérea encontramos dos elementos de importancia:

• El método de acceso: FDMA, TDMA y CDMA.• El método de modulación utilizado: FM, QPSK, DQPSK, GMSK, etc.

# Con estos dos elementos queda definido el ancho de banda utilizado# Existen los canales de tráfico (TCH) para la comunicación

y los canales de control (CCH) para la coordinación entre el móvil y la base

Estación BaseMóvil

Rx (Forward channel)

Tx (Reverse channel)

Canal de control (CCH)


32

Estación Base y Estación ControladoraEstación Base y Estación Controladora

# Estación base (BST)• Interfaz entre la estación móvil (MS) y la estación controladora (BSC), es

responsable de los usuarios que se encuentran dentro del área geográfica que le corresponde (celda).

• También se le conoce como Sitio Celular (Cell Site) o Radiobase.• En general un BST es responsable de:

– Modulación y demodulación de la señal de RF sobre las antenas,– Codificación y adaptación de velocidad– Transmisión de la información para la sincronización– Mediciones sobre el canal de RF

# Estación base (BSC)• Se conecta entre la BST y el MSC y es el responsable de la

administración de los recursos de radio de todas los BST bajo su control.• En general un BSC es responsable de:

– Asignación de portadoras y canales– Hand-off entre celdas– Control de la potencia– Control de uno o varios BST

# El BST en conjunto con el BSC constituyen el BSS.

# Estación base (BST)• Interfaz entre la estación móvil (MS) y la estación controladora (BSC), es

responsable de los usuarios que se encuentran dentro del área geográfica que le corresponde (celda).

• También se le conoce como Sitio Celular (Cell Site) o Radiobase.• En general un BST es responsable de:

– Modulación y demodulación de la señal de RF sobre las antenas,– Codificación y adaptación de velocidad– Transmisión de la información para la sincronización– Mediciones sobre el canal de RF

# Estación base (BSC)• Se conecta entre la BST y el MSC y es el responsable de la

administración de los recursos de radio de todas los BST bajo su control.• En general un BSC es responsable de:

– Asignación de portadoras y canales– Hand-off entre celdas– Control de la potencia– Control de uno o varios BST

# El BST en conjunto con el BSC constituyen el BSS.

BST BSC

BSS


33

Ejemplo de un sistema BSS (BST+BSC)Ejemplo de un sistema BSS (BST+BSC)

# Un BST se compone de varios transceptores de radio o “transceivers”.# Cada transceiver se compone de un transmisor y un receptor, el cual a veces se

encuentra por duplicado.# Los transceivers o RCUs pueden utilizarse para canales de tráfico (TCH) o para

canales de control (CCH) o bien para la localización de un móvil (LCH).# Los RCU pueden ser analógicos o digitales dependiendo de la implementación.

Rx1

Tx

Rx2RCUs

RCU: Radio Channel Unit

Combinador

MultiacopladorReceptor

BSC

TCH

CCH

Líneas de Transmisión


34

Red de Transporte Local (Backhaul)Red de Transporte Local (Backhaul)

MSC

Red de Transporte Local

# Esta red se utiliza para permitir la conexión entre los BSS y el MSC.# El medio de transmisión es FO o

MO con tecnologías PDH o SDH.# Se pueden utilizar configuración de

anillo y de estrella según el número de BSS.# El uso de MO en la banda de 15,

23 y 38 GHz es muy común para este tipo de aplicaciones.# Los BSS entregan señales E1.# En el transporte cada TCH puede

ocupar un canal de 64kbps o menos dependiendo de la ubicación de la unidad de transcodificación.


35

Centro de Conmutación Móvil, MSCCentro de Conmutación Móvil, MSC

# El equipo de conmutación Móvil (MSC, Mobile Switching Center) tiene las siguientes funciones:

• Concentra los enlaces que lo conectan con todas los BSS para administrar , validar y controlar a las estaciones móviles.

• Mediante la conmutación establecer los medios que permitan la comunicación entre dos estaciones móviles o con la red fija.

• Interconexión con otros centros de conmutación móvil (MSC’s).• Realiza el procesamiento de llamadas y la localización de los MS (paging).• Genera los registros de llamadas para la facturación.

Otros MSC’s

PSTN

PSTNISDN


36

Arquitectura del MSCArquitectura del MSCMSC

De/

haci

a la

s BS

S

De/hacia la PSTNu otras M

SC’s

AuC: Authentification CenterHLR: Home Locate RegisterVLR: Visitor Locate RegisterSMC: Service Message CenterIWF: Interworking Function

HLR VLRAuCSMC

Matriz de Conmutación

Sistema Operativo IWF

Controladorde BSS

ControladorSS7, IS-41


37

Manejo de la movilidadManejo de la movilidad

# Hand-off, Handover : El proceso mediante el cual una llamada que ha sido establecida en una radiobasedebe ser transferida a otra radiobasedebido a que el usuario se encuentra en movimiento.# La nueva radiobase pertenece a la

misma central de conmutación móvil que la radiobase original.


38

Situación de hand-offSituación de hand-off

A B

TiempoN

ivel

de

la s

eñal

Nivel en el Punto A

Nivel en el Punto B

Umbral de hand-off

Nivel min. para mantener la llamada

BS1 BS2

Tiempo

Niv

el d

e la

señ

al Nivel en el Punto B

Umbral de hand-off

Caso 1Situación incorrecta para realizar el hand-off

Caso 2Situación correcta para realizar el hand-off


39

Hand-off entre sistemasHand-off entre sistemas

# Esta situación es posible cuando una compañía da cobertura a una zona de alta densidad de usuarios y requiere de dos MSC’s para la zona.# Puede ser considerado como Roaming.

Sistema A Sistema B


40

RoamingRoaming

# La palabra Roaming no tiene una traducción como tal pero en sentido literal significa vagar, o bien, moviéndose alrededor.# En telefonía celular consiste en alojar a un abonado que

pertenece a otro sistema y ofrecerle el servicio como visitante.# Esta tarea puede realizarse de manera manual o automática.

Sistema AMéxico,D.F.

Sistema BLeón

HLR VLR

HLR VLR


41

Interconexión de Sistemas (Networking)Interconexión de Sistemas (Networking)

# La utilización del sistema de señalización No. 7 es de suma importancia para el soporte de servicios especiales.# IS-41 (Interim Standard 41).- Define los procedimientos para la

interconexión de distintos sistemas celulares.

HLR VLRHLR VLR

E1’s, SS7.Roamer

PSTNISDN

IS-41 sobreSS7 o X.25

AC

AC: Autentification Center

64kbps


42

Sistema CDMA de LucentSistema CDMA de Lucent

CDMA Minicell

850 Compact Minicell

5ESS-2000Series II Cell Site

CDMA Adjunct


43

EjercicioEjercicio

1. Haga un esquema con los elementos que conforman un sistema celular y muestre su relación entre ellos.

2. ¿Cuál es la diferencia entre una estación base (BST) y una estación base controladora (BSC)?

3. ¿Qué son los RCU’s? ¿Qué tipos de canales pueden ser utilizados con ellos?

4. Defina las principales características del MSC

5. ¿Cuál es la función del estándar IS-41?


44


! Panorama de los sistemas inalámbricos

" Características de la interfaz inalámbrica

! Planeación de frecuencias! Ingeniería de tráfico! Telefonía celular analógica! Telefonía celular digital! Nuevas aplicaciones


45

En este capítuloEn este capítulo

#Objetivo:• Describir los problemas asociados a la propagación de

señales de radiofrecuencia.• Identificar las diversas técnicas de acceso y de

modulación que existen en las comunicaciones inalámbricas móviles.

#Características de la interfaz inalámbrica• Problemas en la propagación• Técnicas de acceso múltiple• Duplexing• Técnicas de modulación


46

Problemas en la propagación de ondas de radioProblemas en la propagación de ondas de radio

300 MHz 1 GHz 10 GHz 20 GHz 100 GHz

Pérdidas en el espacio libre (FSL)

Desvanecimiento por multitrayectoria

Desvanecimiento (Reflexiones, Dispersión, etc)

Desvanecimiento por obstáculos

Difracción Absorción atmosférica

Niebla, Neblina

Atenuación por lluvia


47

Pérdidas en el espacio libre (FSL)Pérdidas en el espacio libre (FSL)

# En un radio enlace# En un radio enlace

FSL: 32+20logfMHz + 20logdkm

d# En un enlace de BS - MS (Considerando los efectos por reflexión)

FSL: 40logdm - 20loghThR +β

d

hT hR

β considera efectos por:

- rugosidad del terreno- obstáculos en la línea de vista- edificios y árboles- áreas montañosas

$ En general, no es posible decir que esta expresión sea independiente de la frecuencia. La mayor parte de los modelos de propagación son empíricos.


48

Nivel de la señal en el receptor (RSL)Nivel de la señal en el receptor (RSL)

# El modelo de propagación general asume que la señal que se transmite entre la BST y el MS se encuentra a una cierta distancia en una cierta frecuencia.# Nos interesa saber el nivel de la señal en el receptor (RSL o RSSI)

con el fin de conocer si dicho equipo será capaz de detectarla.# Si consideramos el modelo de FSL general podemos obtener RSL

con:

ERP

RSL o RSSI

FSL

Distancia (km)

Frecuencia (MHz)

ERP: Effective Radiated PowerRSL: Received Signal LevelRSSI: Received Signal Strength Indicator

dBdBmdBm FSL ERPRSL −=

FSL: 32+20logfMHz + 20logdkm


49

Modelos de Predicción de PropagaciónModelos de Predicción de Propagación# El cálculo de FSL general no considera los problemas reales de la propagación de las

señales y sobre todo en sistemas móviles.# Para aproximar mejor el valor de FSL se han desarrollado diversos modelos de predicción

que utilizan los sistemas de simulación.# Dichos modelos en datos experimentales y en datos estadísticos, lo cual permite calcular

un RSL para un medio de propagación determinado.# Entre todos los modelos que existen destacan:

• El modelo Hata• El modelo Walfisch-Ikegami

# Variables en general en las que se basan estos modelos:• Datos de elevación de terreno• Factores de corrección debido a edificios, bosque, lagos, etc.• Altura de la antena, patrón de radiación de la antena, ERP.• Patrón de distribución de tráfico• Planeación de frecuencias

hb hm

d


50

Modelo HataModelo Hata

# Este modelo proporciona una buena aproximación en ambientes urbanos y suburbanos.# Esta basado en datos experimentales de diversos ambientes urbanos.# La fórmula general de FSL esta dada por:

[ ] 0bmb21dB Clog(d))6.55log(h44.9)a(h)13.82log(h-log(f)CCFSL +−+−+=

# En donde:• FSL: pérdidas en el espacio libre, dB• f: frecuencia, MHz• d: distancia entre la BST y el MS, en km (1km<d<20km)• hb: altura efectiva de la BST, m (30m< hb <200m)• hm : altura del MS, m (1m< hm <10m)• C1: 69.55 para 850MHz y 46.3 para 1900MHz• C2: 26.16 para 850MHz y 33.9 para 1900MHz• C0: 0 para urbano y 3 para urbano denso• a(hm): {1.1log(f)-0.7} hm - {1.56log(f)-0.8} para urbano

3.2[log{11.75 hm}]2-4.97 para urbano denso

# En donde:• FSL: pérdidas en el espacio libre, dB• f: frecuencia, MHz• d: distancia entre la BST y el MS, en km (1km<d<20km)• hb: altura efectiva de la BST, m (30m< hb <200m)• hm : altura del MS, m (1m< hm <10m)• C1: 69.55 para 850MHz y 46.3 para 1900MHz• C2: 26.16 para 850MHz y 33.9 para 1900MHz• C0: 0 para urbano y 3 para urbano denso• a(hm): {1.1log(f)-0.7} hm - {1.56log(f)-0.8} para urbano

3.2[log{11.75 hm}]2-4.97 para urbano denso


51

Modelo Walfisch-IkegamiModelo Walfisch-Ikegami# Este modelo proporciona una buena aproximación en ambientes urbanos densos.# Esta basado en diversos parámetros como densidad de edificios, altura promedio de

los edificios, ancho de las calles.# Se asume que la altura de la antena es inferior a la altura promedio de los edificios,

por lo que la señal es guiada a través de las calles.# Existe una fórmula para sistemas con línea de vista (LOS) o para sistemas sin línea

de vista (NLOS):

26log(d)20log(f)42.6FSL(LOS)dB ++=

# En donde:• f: frecuencia, MHz• d: distancia entre la BST y el MS, en km • L(diff): Pérdidas por difracción en techos• L(mult): Pérdidas por difracción múltiple debido a los edificios vecinos

# En donde:• f: frecuencia, MHz• d: distancia entre la BST y el MS, en km • L(diff): Pérdidas por difracción en techos• L(mult): Pérdidas por difracción múltiple debido a los edificios vecinos

L(mult)L(diff)26log(d)20log(f)32.4FSL(NLOS)dB ++++=


52

Problemas en la propagación de sistemas móvilesProblemas en la propagación de sistemas móviles

2. Interferencia

1. Multitrayectoria

Celda 1

Celda 2

MS actualmente atendido por la celda 1


53

Desvanecimiento por MultitrayectoriaDesvanecimiento por Multitrayectoria

# La propagación multitrayectoria provoca uno de los peores problemas asociados con las comunicaciones móviles.# Existen diversos problemas generados por la propagación

multitrayectoria, tres de los que más preocupan a los diseñadores son:

• Esparcimiento por retardo (Delay Spread)• Desvanecimiento Rayleigh (Rayleigh Fading)• Corrimientos por efecto Doppler (Doppler shifts)


54

Delay SpreadDelay Spread

# Debido a que la señal sigue diferentes trayectorias y cada una de estas tiene una longitud diferente, la múltiples señales que arriban al móvil tienen diferentes retardos.# Debido a este efecto la señal resultante en el receptor sufre un

ensanchamiento con respecto a la original.# En sistemas digitales este ensanchamiento produce un traslape entre

pulsos y se le conoce como interferencia intersimbólica.

# Debido a que la señal sigue diferentes trayectorias y cada una de estas tiene una longitud diferente, la múltiples señales que arriban al móvil tienen diferentes retardos.# Debido a este efecto la señal resultante en el receptor sufre un

ensanchamiento con respecto a la original.# En sistemas digitales este ensanchamiento produce un traslape entre

pulsos y se le conoce como interferencia intersimbólica.

Pulso inicial

Td

Ambiente Retardo, Td (µs)

Area abierta <0.2Suburbana 0.5Urbana 3


55

Rayleigh FadingRayleigh Fading

# La propagación multitrayectoria también provoca alteración en la relaciones de fase y amplitud de las diferentes señales recibidas.

# Los desvanecimientos provocados por dichas alteraciones se dice que caen dentro de una distribución estadística conocida como distribución Rayleigh (Lord Rayleigh).

# La profundidad y espaciamiento de los desvanecimientos están relacionados con la frecuencia de la onda de radio.

# Un MS en movimiento puede cruzar diferentes puntos de desvanecimientos en unos instantes.

# La propagación multitrayectoria también provoca alteración en la relaciones de fase y amplitud de las diferentes señales recibidas.

# Los desvanecimientos provocados por dichas alteraciones se dice que caen dentro de una distribución estadística conocida como distribución Rayleigh (Lord Rayleigh).

# La profundidad y espaciamiento de los desvanecimientos están relacionados con la frecuencia de la onda de radio.

# Un MS en movimiento puede cruzar diferentes puntos de desvanecimientos en unos instantes.

10

0

-10

-20

-30

dBco

n re

spec

to a

lva

lor r

ms

0 0.5 1.5 t, en segundos

0.5λ


56

Doppler ShiftsDoppler Shifts

# En sistemas móviles, debido al movimiento del receptor con respecto al transmisor se producen variaciones de frecuencia en la señal recibida, a dichas variaciones se les conoce como corrimientos por efecto Doppler o Doppler Shifts (Christian Johann Doppler).# Estas variaciones de frecuencia están relacionadas con la dirección y la

velocidad del móvil.

# En sistemas móviles, debido al movimiento del receptor con respecto al transmisor se producen variaciones de frecuencia en la señal recibida, a dichas variaciones se les conoce como corrimientos por efecto Doppler o Doppler Shifts (Christian Johann Doppler).# Estas variaciones de frecuencia están relacionadas con la dirección y la

velocidad del móvil.

Trayectoria directa

Trayectoria reflejada

Fc

Pot. de la señal en Tx

Pot. de la señal recibida en la trayectoria directa

Pot. de la señal recibida en la trayectoria reflejada

FcFc


57

InterferenciaInterferencia

# Interferencia por canal adyacente• Es la interferencia causada por un canal adyacente y se minimiza mediante la

utilización de filtros más selectivos.• Debido a los altos costos de filtros selectivos otra manera de evitar este tipo de

interferencia es no permitiendo la utilización de canales adyacentes, como se realiza en la transmisión de TV masiva.

# Interferencia por co-canal• Es la interferencia causada por un segundo transmisor en la misma frecuencia.• No puede ser minimizada mediante filtros.• Se previene exclusivamente mediante el cuidado de mantener un distancia

mínima entre transmisores que se encuentren operando a la misma frecuencia. Aquí la base de la planeación celular.

# Interferencia por canal adyacente• Es la interferencia causada por un canal adyacente y se minimiza mediante la

utilización de filtros más selectivos.• Debido a los altos costos de filtros selectivos otra manera de evitar este tipo de

interferencia es no permitiendo la utilización de canales adyacentes, como se realiza en la transmisión de TV masiva.

# Interferencia por co-canal• Es la interferencia causada por un segundo transmisor en la misma frecuencia.• No puede ser minimizada mediante filtros.• Se previene exclusivamente mediante el cuidado de mantener un distancia

mínima entre transmisores que se encuentren operando a la misma frecuencia. Aquí la base de la planeación celular.

f1 f1

f2

TX1 TX2


58

Interferencia adyacente y de co-canalInterferencia adyacente y de co-canal

F F

Co-canalAdyacente

# Adyacente• Cuando la señal de un canal invade el espacio de frecuencia de un canal vecino.

Puede ser por una emisión con demasiada potencia o por un corrimiento de la frecuencia nominal.

# Co-canal• Cuando en un canal de cierta polarización aparecen vestigios de la señal que se

encuentra en la misma frecuencia pero que originalmente viajaba en la polarización contraria.

Canal 1 Canal 2 Canal 1


59

Sensibilidad del Receptor y Relación señal a ruidoSensibilidad del Receptor y Relación señal a ruido

# Sensibilidad del Receptor• Es el nivel mínimo de RSL para que el receptor sea capaz de detectar la señal, valores típicos

entre –100 y –116dBm para sistemas celulares.

# Relación señal a ruido (S/N)• Expresa en decibeles la cantidad por la cual señal (S) excede a su ruido (N) correspondiente.• A veces se hace referencia a el como SINAD (Signal-to-Noise Ratio And Distortion) y se mide

en el MS determinando la sensibilidad del receptor cuando se tiene la presencia de distorsión de algún tipo.

# Expresión Eb/N0• Para la transmisión sobre sistemas digitales la expresión Eb/N0 es más conveniente que la

relación S/N bajo ciertas circunstancias.• Eb/N0 expresa la energía por bit recibida por Hertz de ruido térmico.• Estos parámetros permite determinar el nivel mínimo de RSL para poder detectar la señal, se

conoce como sensibilidad del receptor.• Dependiendo del esquema de modulación, el tipo de detector utilizado y la codificación de la

señal transmitida se pueden obtener Eb/N0 diferentes para diferentes BER (normalmente entre 4 y 25 dB).

• Se calcula con la siguiente relación:

edBWbpsdBW0

b 10logT-228.6)10log(V-RSLNE += En donde Te: Temperatura de

ruido efectiva del sistema receptor, en grados Kelvin.


60

Presupuesto de Potencia (Link Budget)Presupuesto de Potencia (Link Budget)

# El presupuesto de potencia es uno de los elementos más importantes del diseño de RF.# El presupuesto de potencia y análisis de propagación determinan cuánta

cobertura puede lograr una celda individual.# El presupuesto de potencia pretende identificar todas las ganancias# El presupuesto de potencia tiene como objeto determinar el nivel que se

tendrá en el receptor y verificar que este sea superior el nivel mínimo soportable para detectar la señal.# Se deben considerar todos los elementos en el trayecto del transmisor al

receptor como:• Potencia del transmisor• Combinadores• Líneas de transmisión• Acopladores• Filtros• Antenas

ERPFSL

RSL


61

Ejemplo Presupuesto de Potencia TabularEjemplo Presupuesto de Potencia Tabular

Imbalance, dB-1.04-155.04Calc:Worst-Case Link BudgetCell RX Sensitivity dBm-107.00-102.00Spec:MS RX Sensitivity dBM

Cell Antenna Gain dBdCell RX Cable LossCell Diversity Gain

16.00-3.004.00

0.000.000.00

Calc:Input:Input:

MS Antenna Gain dBdMS RX Cable LossMS Diversity Gain

Max. REV Path Loss, dB-154.00-155.04Calc:Max.FWD Path Loss, dB

MS Antenna Gain dBdERP WattsERP dBm

0,001.0030.00

16.00201.4353.04

Input:Calc:Calc:

Cell antenna Gain dBdERP WattsERP dBm

MS TX PO WattsMS TX PO dBmMS Combiner Loss dbMS Cable Loss db

1.0030.000.000.00

16.0042.04-2.00-3.00

Spec:Calc:Input:Input:

Cell TX PO WattsCell TX PO dBmCell Combiner Loss dBCell Cable Loss dB

REV Path

FWD Path

Fuente:

BSMS

Rx (Forward channel)

Tx (Reverse channel)

ERP: Effective radiated power


62

Técnicas de Acceso MúltipleTécnicas de Acceso Múltiple

# La técnicas de acceso múltiple se utilizan para permitir que varios usuarios móviles puedan compartir un cierto ancho de banda del espectro de radiofrecuencia.# Existen tres técnicas principales para realizar esta tarea:

• FDMA (Frequency Division Multiple Access)• TDMA (Time Division Multiple Access)• CDMA (Code Division Multiple Access)

# La técnicas de acceso múltiple se utilizan para permitir que varios usuarios móviles puedan compartir un cierto ancho de banda del espectro de radiofrecuencia.# Existen tres técnicas principales para realizar esta tarea:

• FDMA (Frequency Division Multiple Access)• TDMA (Time Division Multiple Access)• CDMA (Code Division Multiple Access)


63

Frequency Division Multiple Access (FDMA)Frequency Division Multiple Access (FDMA)

# Un usuario por frecuencia

Pedro Juan

Carlos

F1 F2

F3


64

Time Division Multiple Access (TDMA)Time Division Multiple Access (TDMA)

# Se asigna un instante de tiempo para que transmita cada usuario en la misma frecuencia

F1 F1

F1

Pedro Juan

Carlos

T1 2 3 1 T2 3

1 2 T3


65

Code Division Multiple Access (CDMA)Code Division Multiple Access (CDMA)

F1 F1

F1

Código 1 Código 2

Código 3

Pedro Juan

Carlos

# Se asigna un código para que transmita cada usuario en la misma frecuencia y al mismo tiempo.


66

Comparación entre técnicas de acceso Comparación entre técnicas de acceso

FDMA TDMA

CDMA

Potencia

Frecuencia

Tiempo

Potencia

FrecuenciaTiempo

Potencia

FrecuenciaTiempo


67

Duplexing o Comunicación Full DuplexDuplexing o Comunicación Full Duplex

# Para los sistemas de comunicación inalámbrica es deseable que sea posible transmitir al mismo tiempo que recibir (sistemas Full Duplex). A este efecto se le conoce como Duplexing y puede ser realizado en el dominio de la frecuencia o en el dominio del tiempo:

• FDD (Frecuency Division Duplexing).- Para este método se asignan dos bandas de frecuencia, para Tx y Rx respectivamente. Se requiere un dispositivo duplexor en la estación móvil y la estación base que permita transmitir y recibir al mismo tiempo.

• TDD (Time Division Duplexing).- En este método se utiliza tiempo en lugar de frecuencia, sobre la misma frecuencia se asigna un instante de tiempo determinado para transmitir y otro para recibir. En términos estrictos la comunicación no es FDX, sin embargo, si el tiempo entre los dos instantes de tiempo es lo suficientemente pequeño la transmisión y recepción aparenta ser simultánea.

# Para los sistemas de comunicación inalámbrica es deseable que sea posible transmitir al mismo tiempo que recibir (sistemas Full Duplex). A este efecto se le conoce como Duplexing y puede ser realizado en el dominio de la frecuencia o en el dominio del tiempo:

• FDD (Frecuency Division Duplexing).- Para este método se asignan dos bandas de frecuencia, para Tx y Rx respectivamente. Se requiere un dispositivo duplexor en la estación móvil y la estación base que permita transmitir y recibir al mismo tiempo.

• TDD (Time Division Duplexing).- En este método se utiliza tiempo en lugar de frecuencia, sobre la misma frecuencia se asigna un instante de tiempo determinado para transmitir y otro para recibir. En términos estrictos la comunicación no es FDX, sin embargo, si el tiempo entre los dos instantes de tiempo es lo suficientemente pequeño la transmisión y recepción aparenta ser simultánea.

Frecuencia

FDD

Tx Rxf1 f2 Tiempo

TDD

Tx Rxt1 t2


68

FDD (Frequency Division Duplexing)FDD (Frequency Division Duplexing)

# Se utiliza una frecuencia para transmitir y otra para recibir

F1 F2

F3

F1’

F3’

F2’


69

TDD (Time Division Duplexing)TDD (Time Division Duplexing)

# Se utiliza una frecuencia para transmitir y recibir pero en instantes diferentes.

F1 F1

F1

1 2 3 1’ 2’ 3’ 1 2 3 1’ 2’ 3’

1 2 3 1’ 2’ 3’


70

Técnicas de ModulaciónTécnicas de Modulación

# Modular es hacer variar algún parámetro de una señal en función de otra señal. A la primera se le conoce como señal modulada y a la segunda como señal moduladora.

# Es el proceso mediante el cual se agrega información a la portadora de radio y en donde el ancho de banda de ésta se expande.

# Existen diversos esquemas de modulación utilizados en comunicaciones inalámbricas:

• Analógicos: FM• Digitales: ASK, FSK, PSK, MSK, GMSK, π/4 DQPSK, BPSK, QPSK,

OQPSK# Existen diversas diferencias entre los distintos esquemas de

modulación, sin embargo una de las más importantes se refiere aluso más eficiente del espectro.

# Modular es hacer variar algún parámetro de una señal en función de otra señal. A la primera se le conoce como señal modulada y a la segunda como señal moduladora.

# Es el proceso mediante el cual se agrega información a la portadora de radio y en donde el ancho de banda de ésta se expande.

# Existen diversos esquemas de modulación utilizados en comunicaciones inalámbricas:

• Analógicos: FM• Digitales: ASK, FSK, PSK, MSK, GMSK, π/4 DQPSK, BPSK, QPSK,

OQPSK# Existen diversas diferencias entre los distintos esquemas de

modulación, sin embargo una de las más importantes se refiere aluso más eficiente del espectro.


71

Modulación 2PSK (BPSK)Modulación 2PSK (BPSK)

Empleada en sistemas de baja y media capacidad.

P(t) = 1

P(t) = -1

Modulador2PSK

Modulador2PSKPortadora

ASenω0t

P(t) 0º180º

Con cada bit ocurre un cambio de fase. A cada cambio de fase se le asocia un símbolo (un bit en este caso), y a la cantidad de símbolos por segundo se le llama baudios (bauds).

Diagrama Vectorial“Constelación”

BPSK: Binary Phase Shift Keying


72

Constelación 4 PSK (QPSK)Constelación 4 PSK (QPSK)

Q(t) = +1Q(t) = -1

I(t) = +1

I(t) = -1

11

0100

10

# A la modulación 4 PSK también se le conoce como QPSK (QuaternaryPSK).

Relación entre velocidadbinaria y velocidad de símbolos (baudios) es 2 a 1 con la correspondiente reducción del ancho de banda requerido.


73

ππππ/4 DQPSKππππ/4 DQPSK

Constelación

0°

45°

90°

135°

180°

225°270°

315°

Símbolo Transición

00 45 deg01 135 deg10 - 45 deg11 - 135 deg

Formato de la modulación

# La constelación cuenta con 8 fases y tiene una relación de 2bits por símbolo.# No requiere detección coherente.# Desde cualquier punto de la constelación se hace un cambio de fase o

transición de una magnitud dependiente del símbolo.

# La constelación cuenta con 8 fases y tiene una relación de 2bits por símbolo.# No requiere detección coherente.# Desde cualquier punto de la constelación se hace un cambio de fase o

transición de una magnitud dependiente del símbolo.


74

Principios de Spread SpectrumPrincipios de Spread Spectrum

# Existen diversos parámetros medir que tan perfecto o ideal es unmedio de comunicaciones:

• Costo, ancho de banda utilizado, potencia de transmisión requerida, relación S/N, probabilidad de errores de bit para sistemas digitales y retardo a través del sistema.

• En sistemas digitales el sistema óptimo es aquél que logra la menor BER minimizando la energía transmitida y el ancho de banda utilizado.

# En 1948 Claude Shannon mostró que es posible mantener un sistema prácticamente libre de errores si se mantiene la proporción de la relación S/N y el ancho de banda del canal:

# Existen diversos parámetros medir que tan perfecto o ideal es unmedio de comunicaciones:

• Costo, ancho de banda utilizado, potencia de transmisión requerida, relación S/N, probabilidad de errores de bit para sistemas digitales y retardo a través del sistema.

• En sistemas digitales el sistema óptimo es aquél que logra la menor BER minimizando la energía transmitida y el ancho de banda utilizado.

# En 1948 Claude Shannon mostró que es posible mantener un sistema prácticamente libre de errores si se mantiene la proporción de la relación S/N y el ancho de banda del canal:

C = W log2(1 + S/N)

C: Capacidad del canal (bits por segundo)W: Ancho de banda del canal (Hertz)S/N: Relación señal a ruido


75

Modulación SS (Spread Spectrum)Modulación SS (Spread Spectrum)

# El esparcimiento del espectro hace que se haga un uso ineficiente del ancho de banda, pero permite que varios usuarios utilicen el mismo ancho de banda para comunicarse al mismo tiempo.# La señales SS tienen una apariencia similar al ruido debido a que son

generadas por una secuencia pseudoaletoria de ruido.# Existen dos formas de llevarla a cabo:

• Direct Sequence - Spread Spectrum (DS-SS), CDMA• Frequency Hopping - Spread Spectrum (FH-SS)

# El esparcimiento del espectro hace que se haga un uso ineficiente del ancho de banda, pero permite que varios usuarios utilicen el mismo ancho de banda para comunicarse al mismo tiempo.# La señales SS tienen una apariencia similar al ruido debido a que son

generadas por una secuencia pseudoaletoria de ruido.# Existen dos formas de llevarla a cabo:

• Direct Sequence - Spread Spectrum (DS-SS), CDMA• Frequency Hopping - Spread Spectrum (FH-SS)

Ampl

itud

Frecuencia

Modulación Digital QPSK

Ampl

itud

Frecuencia

Modulación Spread Spectrum


76

Método de acceso CDMAMétodo de acceso CDMA

Datos

1.25 MHz

foEspectro de Banda ancha

1.25 MHz

fo

10 KHz

0

10 KHz

0

1.25 MHz

Datos(9.6 kbps)

Codificación y entrelazado

Fuente PN 1.228 Mcps

Portadora (fo)

fo fo

Ruido de fondo Interferencia externa

Interferencia de otra célula (IOC)

Ruido de otro usuario (ISC)

fofo

Aprox. -169 dB/Hz

Fuente PN

Filtro Digital

1.228 Mcps

Portadora (fo)

BPF

1.25 MHz

BPF

1.25 MHz

Correlación

Desentrelazadoy decodificador

1.25 MHz

Datos

IOC: Interference, Other Cell

ISC: Interference, Same Cell


77

Principio de esparcimiento en CDMAPrincipio de esparcimiento en CDMA

# Mcps: Megachips por segundo# El término Chip se utiliza para distinguir de entre otros tipos de

información.

Sumador módulo 2

Información19.2 kbps

1.228 Mcps

Secuencia PNde

Esparcimiento

Transmisor Receptor

Sumador módulo 2

Secuencia PNde

Esparcimiento

Información19.2 kbps

1.228 Mcps


78

Implementación del circuito de esparcimientoImplementación del circuito de esparcimiento

# Transmisión

A

X -O

R

B

Señal útil: 19.2 kbps

Código de esparcimiento: 1.2288 Mcps

A B X0 0 00 1 11 0 11 1 0

A B X0 0 00 1 11 0 11 1 0

# Recepción

A

X -O

R

B

Código de esparcimiento: 1.2288 Mcps

Señal recuperada: 19.2 kbpsSeñal esparcida a 1.2288 Mcps

Señal esparcida a 1.2288 Mcps


79

Secuencia de ruido pseudo-aleatoria (PN)Secuencia de ruido pseudo-aleatoria (PN)

# Una secuencia de ruido pseudo-aleatoria PN (Pseudo-noise sequence) es una secuencia binaria períodica con una forma de onda parecida a una señal de ruido.# Se puede generar mediante un arreglo de registros de corrimiento y

una lógica de retroalimentación.

1 2 3s0 s1 s2 s3

flip-flop

Sumador módulo 2

Reloj

PN

123 PN

100 0110 0111 1011 1101 1010 0001 1100 0... ...

Estado inicial : 100Período: 23 - 1 * El estado 000 inicial no

es permitido


80

EjercicioEjercicio

1. ¿Qué es el RSL? ¿Qué nos indica este valor?

2. ¿Para qué se emplea el modelo Hata y Walfisch-Ikegami? ¿Qué diferencia existe entre ellos?

3. ¿Cuáles son los problemas generados por la propagación multitrayectoria?

4. ¿Cuál es la diferencia entre interferencia adyacente y por co-canal?

5. ¿Por qué es importante conocer el presupuesto de potencia?

6. ¿Cuáles son las tres técnicas de acceso múltiple que se utilizan en la telefonía celular?

7. Para los sistemas de comunicación inalámbrica es deseable que sea posible transmitir al mismo tiempo que recibir (sistemas Full Duplex). A este efecto se le conoce como Duplexing y puede ser realizado en el dominio de la frecuencia o en el dominio del tiempo ¿Cuáles es el nombre de estas técnicas y cómo operan?

8. ¿Qué es la modulación? Mencione tres técnicas de modulación.


81




" Planeación de frecuencias! Ingeniería de tráfico! Telefonía celular analógica! Telefonía celular digital! Nuevas aplicaciones


82


#Objetivo:• Aprender los conceptos básicos relacionados con la

planeación de frecuencias en sistemas celulares.

#Planeación de frecuencias• Conceptos básicos: CGSA, N, S.• Tipos de canales utilizados: VCH, CCH y LCH.• Concepto de reuso de frecuencias.• Células omnidireccionales sectorizadas.• Planeación de frecuencias en sistemas CDMA.• Ventajas de la sectorización y del cell splitting.• Uso de antenas inteligentes (smart antenas).• Elaboración de planes de frecuencias.


83

Area de servicio celularArea de servicio celular

# En inglés CGSA (Cellular Geographical Service Area)# Son áreas geográficas,

normalmente ciudades, que cuentan con el servicio de radiotelefonía móvil o telefonía celular.# Dicha área se encuentra

dividida en celdas, a veces de diferentes tamaños, que en suma dan cobertura a toda el área geográfica.


84

La celda o célulaLa celda o célula

# Celda:• Area geográfica a la cual se le asignan un número finito de

canales de radiofrecuencia (RFCH), dentro del espectro disponible.

# El área de cobertura y la forma de una celda depende de distintos factores, entre ellos:

• La potencia de transmisión de la estación base (ERP)• Patrón de radiación de las antenas utilizadas• La banda de frecuencias utilizada• Ubicación de la estación base y altura de las antenas• Topografía del área• Sensibilidad del receptor (Eb/No,RSL)

K Canales de RF


85

Cobertura de la celdaCobertura de la celda

# d: Rango nominal de operación# R: Radio de diseño de la celda# Rmax: Radio máximo de la celda.

Limitado por factores de propagación, ruido, potencia de transmisión, etc.# Para un terreno plano y

representado por un círculo el área de cobertura de una celda está dado por:

Ac = πR2 (km2)

d

R

Rmax


86

ConceptosConceptos

# Se dispone de un cierto ancho de banda BW para la asignación de los canales del sistema celular.# Un canal de comunicación full-duplex requiere de un cierto ancho

de banda BWch.# El número total de canales disponibles para el sistema celular está

dado por:

S = BW / BWch

# Para un área geográfica se puede dar cobertura con los S canalesmediante una celda o bien mediante varias celdas .# Si se tienen k canales por celda y N celdas entonces:

S = kN

S canales de RF k

kk

k

k k

k


87

Reuso de frecuenciasReuso de frecuencias

# Se dice que se hace reuso de frecuencias cuando el grupo de canales k de una de las N celdas es utilizado en una nueva celda para dar cobertura al área geográfica.# El reuso de frecuencias es altamente deseable, pues permite el incremento

del número de usuarios sobre una misma área geográfica y utilizando el mismo ancho de banda (BW) disponible.# Ejemplo:

Caso 1: Area geográfica mediante un celda, S=100.

Caso 2: Area geográfica mediante 4 celdas (A1, B1, C1 y D1), más dos celdas con reuso de frecuencias (A2 y C2). S=100 y k=25.

C1 D1

A1 B1

C2

A2

100 canales disponibles más 50 reutilizados, entonces 150 llamadas simultáneas posibles.

100 canales disponibles entonces 100 llamadas simultáneas posibles.


88

Grupo de celdasGrupo de celdas

# Grupo de Celdas (Cluster)• Es un conjunto de celdas en donde el grupo k de frecuencias que utiliza cada

celda es distinto entre sí.# Este conjunto de celdas se puede repetir dentro de un área

geográfica para hacer reuso de frecuencias.# El tamaño del grupo es designado mediante la letra N. Los valores

típicos para N son 3, 4, 7, 9 y 12.# N se conoce como el factor de reuso de frecuencia.

B C

A

C D

A B

F AG B

CE D

B C

A B C

A

C D

A B

C D

A BF A

G BC

E DF A

G BC

E D

Cluster N=3 Cluster N=4Cluster N=7


89

Capacidad de un área geográficaCapacidad de un área geográfica

# La capacidad de un grupo de celdas está dada por:

S = kN

# Si el grupo de celdas se repite M veces dentro de un área geográfica, entonces la capacidad total (C) de dicha área está dada por:

C= MkN =MS

C1 D1

A1 B1

C2 D2

A2 B2

C3 D3

A3 B3

C4 D4

A4 B4

Ejemplo:S=660, N=4, M=4 y k=165.

Entonces:

C=2640


90

FDMA, TDMA y CDMA (1)FDMA, TDMA y CDMA (1)

AMPS(FDMA)

Energía

30 kHz

f1

1 usuario / Canal de RF

IS-136(TDMA)

Energía

30 kHz

f1

3 usuarios / Canal de RF

IS-95(CDMA)

Energía

1250 kHz

f1

22 usuarios / Canal de RF

# BW = 12.5 MHz# CRF = 395# VCH = 395

# BW = 12.5 MHz# CRF = 395# VCH = 1185

# BW = 12.5 MHz# CRF = 10# VCH = 220


91

FDMA, TDMA y CDMA (2)FDMA, TDMA y CDMA (2)

AMPS(FDMA)

N = 7

IS-54(TDMA)

N = 7

IS-95(CDMA)

N = 1

# C = 1540 VCH

5656

56 56

5656

56

168168

168 168

168168

168

220220

220 220

220220

220

# C = 1176 VCH# C = 395 VCH

N: Factor de reuso de frecuenciaC: Capacidad del sistemaVCH: Voice Channel


92

Celdas adyacentes y distancia mínimaCeldas adyacentes y distancia mínima

# Cuando dos celdas utilizan el mismo grupo de frecuencias k no deben de ser adyacentes y debe de existir una distancia mínima entre ellas.# Esta separación se designa mediante la letra D.# A la interferencia producida por una celda que utiliza el mismo grupo de

frecuencias se le conoce como interferencia co-canal, la cual se evita o disminuye al mantener una distancia mínima D.

F1

G1 B1

C1A1

E1 D1

F3

G3 B3

C3A3

E3 D3

F4

G4 B4

C4A4

E4 D4F5

G5 B5

C5A5

E5 D5

F6

G6 B6

C6A6

E6 D6

F7

G7 B7

C7A7

E7 D7

F2

G2 B2

C2A2

E2 D2

Distancia D


93

Geometría celularGeometría celular

# La utilización de una estructura geométrica ayuda a una mejor planeación celular.# La utilización de antenas omnidireccionales sugiere un patrón

circular, sin embargo en la planeación de una zona existen áreasambiguas con traslape entre celdas o sin cobertura.

Regiones ambiguas


94

Selección de un polígonoSelección de un polígono

# Para asegurar una área de cobertura total, sin traslapes y puntos muertos se puede seleccionar un polígono regular. Por ejemplo:

# El uso de estos polígonos para dar forma a una celda permite visualizar claramente donde inicia y donde termina una celda.# De los polígonos anteriores el hexágono es seleccionado por

cuestiones económicas, ya que ofrece la mayor área de cobertura y por lo tanto se requieren menos celdas para dar cobertura a un área determinada. Por otro lado su forma se asemeja más a la de un circulo y al comportamiento real de una antena omnidireccional.

# El uso de estos polígonos para dar forma a una celda permite visualizar claramente donde inicia y donde termina una celda.# De los polígonos anteriores el hexágono es seleccionado por

cuestiones económicas, ya que ofrece la mayor área de cobertura y por lo tanto se requieren menos celdas para dar cobertura a un área determinada. Por otro lado su forma se asemeja más a la de un circulo y al comportamiento real de una antena omnidireccional.

R R

R

HexágonoA = 2.6 R2

CuadradoA = 2.0 R2

Triángulo equiláteroA = 1.3 R2


95

Distancia D para estructura hexagonalDistancia D para estructura hexagonal

# Cuando la geometría de las celdas es hexagonal la siguiente relación se cumple:

En donde:N: Número de celdas del grupo de celdasD: Separación mínima co-canalR: Radio de la celda con estructura hexagonal

# A la relación Q= D/R se le conoce como razón de reuso co-canal.# Por ejemplo para una N=3 Q=3 y para N=7 Q=4.58# Un valor pequeño de Q proporciona una mayor capacidad del sistema,

debido a que el tamaño N del grupo de celdas es pequeño.# Sin embargo un valor Q grande mejora la calidad de transmisión debido al

nivel menor de interferencia co-canal.

Q = DR

= 3N


96

Planeación CelularPlaneación Celular

# Modelo# Modelo# Teoría# Teoría

# Actual# Actual


97

Tipos de antenasTipos de antenas

#En función del tipo de antena empleada por la estación base una o más celdas pueden depender de una estación base.#En general, es posible utilizar dos tipos de antenas:

Omnidireccional Direccional


98

La Celda OmnidireccionalLa Celda Omnidireccional

# En este caso la estación base está equipada con una antena omnidireccional que transmite prácticamente igual en todos las direcciones.# Por lo tanto el área cubierta será circular y con la estación base al

centro de la celda.# La representación gráfica de este tipo de celda es mediante un

hexágono.

Area de cobertura Representación gráfica


99

La Celda SectorizadaLa Celda Sectorizada

# En este caso la estación base está equipada con antenas direccionales y la celda es dividida en sectores.# A cada sector le corresponde una antena y se le asigna un grupo de

frecuencias, distintos entre sectores de una misma celda.# La sectorización implica hand-off entre los sectores de una misma celda.# Existen tres tipos de sectores básicos mediante antenas direccionales:

1 3

2 1

2

34

5

6

1 2

Sectores de 180°( 2 antenas)




100

SectorizaciónSectorización

# La sectorización implica dividir el número total de canales de tráfico (TCH) disponibles en la celda omnidireccional entre el número de sectores del sitio.# Ahora cada sector es tratado en forma lógica como si fuera una celda

omnidireccional.# La capacidad no se incrementa pero se disminuye el nivel de interferencia

en general y esto permite un incremento en el reuso de frecuencias, lo cual se traduce finalmente en un número mayor de usuarios.

x z

y45 TCH

15 TCH 15 TCH

15 TCH


101

AntenasAntenas

# Antenas• Son el medio de acoplamiento de la potencia de RF de una línea de

transmisión al espacio libre, permitiendo a un transmisor radiar su señal y a un receptor capturar la potencia incidente.

• Las antenas pueden ser tan simples como un pedazo de cable o sistemas complejos con componentes electrónicos.

# Tipos de Antenas• Existen diversos tipos de antenas para diversas aplicaciones.• En aplicaciones celulares la más común es la colinear.

# Parámetros de las Antenas• Ganancia• Patrón de radiación• Directividad• Polarización• Impedancia• Efectos terrestres• Ancho de banda


102

Antenas ColinearesAntenas Colineares

# Las antenas colineares se componen de arreglos de elementos de radiación en serie de longitud de ¼ y ½ de longitud de onda.# Este tipo de antenas producen un patrón

de radiación ominidirecional.# El acomodar los elementos de radiación

en serie incrementa la ganancia de la antena.# Con arreglos de reflectores se logran

antenas direccionales y sectorizadas.# Desfasando los elementos radiadores

puede producir una inclinación (downtilt) cuando es necesario en algunas ubicaciones.


103

# Características típicas de una antena:• Directividad y ganancia• Ancho de haz• Relación frente/espalda (f/b)• Respuesta a la frecuencia y ancho de banda (determinado por VSWR)

Patrones Radiación de AntenasPatrones Radiación de Antenas

Patrón VerticalPatrón Horizontal


104

Ejemplos de patrones de radiaciónEjemplos de patrones de radiación

Haz Vertical Haz Horizontal

0dB

3dB

+ 6dB

+ 9dB

90°

180°

45°

- 3dB

- 3dB

- 3dB

60° 0dB

- 3dB

- 3dB

30° 3dB- 3dB

15° 6dB

9dB7.5°

- 3dB

- 3dB


105

Tipos de antenas en la estación base - ITipos de antenas en la estación base - I

OmnidireccionalOmnidireccional -

AntenaAntena Patrónde Radiación

Patrónde Radiación

Relaciónf/b

Relaciónf/b

ConstrucciónFísica


DireccionalDireccional 4 - 8 dB

SectorizadaSectorizada 20 dB20 dB


106

Tipos de antenas en la estación base - IITipos de antenas en la estación base - II

Reflectorcable-rejillaReflectorcable-rejilla 25 dB

AntenaAntena Patrónde Radiación

Patrónde Radiación

Relaciónf/b

Relaciónf/b



Tipo panelTipo panel -

InclinacióneléctricaInclinacióneléctrica 20 dB20 dB


107

Antenas InteligentesAntenas Inteligentes

0°

# Los sistemas de Antenas inteligentes permiten incrementar la capacidad del sistema así como su calidad.#Su funcionamiento se basa en el

procesamiento digital previo a la recepción de la señal en la estación base.#Existen antenas inteligentes de dos

tipos:• Las de Haz Conmutado• Las de Arreglo Adaptativo

#SDMA (Space Division MultipleAccess)

# Los sistemas de Antenas inteligentes permiten incrementar la capacidad del sistema así como su calidad.#Su funcionamiento se basa en el

procesamiento digital previo a la recepción de la señal en la estación base.#Existen antenas inteligentes de dos

tipos:• Las de Haz Conmutado• Las de Arreglo Adaptativo

#SDMA (Space Division MultipleAccess)


108

Haz conmutadoHaz conmutado

# Switched Beam o Haz Conmutado es la evolución natural del método utilizado actualmente para sectorizar a una celda, sus principales características son:

• Subdivide macro-sectores en varios micro sectores.• Cada microsector tiene un patrón de haz predefinido,

con alta ganancia y con lóbulos angostos• Cuando un usuario sale de un micro sector, el sistema

selecciona a aquel que emite la señal más fuerte y conmuta hacia el .

# Ventajas• Hasta un 40% de aumento en el rango de cobertura• Incremento en la sensibilidad de ondas de RF• Arriba de 11 dB comparada con una antena

omnidireccional• Arriba de 6 dB comparada con una célula de tres

sectores


109

Arreglos adaptivosArreglos adaptivos

# Los arreglos adaptivos son los sistemas más avanzados a la fecha, en los cuales se utilizan algoritmos de procesamiento digital de señales, capaces de distinguir entre una señal deseada y una no deseada, Con este análisis se calcula la dirección del origen de las señales captadas y se actualiza en tiempo real el patrón de radiación. # Las características de estos sistemas son:

• Utilizan una gran variedad de nuevos algoritmos de procesamientodigital

• Habilidad para localizar y rastrear eficientemente varios tipos de señales.

• Minimiza los efectos causados por señales de interferencia• Proporcionan una ganancia óptima


110

Comparación de Patrones de RadiaciónComparación de Patrones de Radiación

Switched Beam

Adaptive

Switched Beam

Adaptive

Ambiente con alto nivel de Interferencia

Ambiente con bajo nivel de Interferencia

SectorizaciónConvencional


111

Comparación con y sin Antena InteligenteComparación con y sin Antena Inteligente

# Sin sistema de antena inteligente el tráfico es manejado entre los tres sectores de forma ineficiente.

# Con el sistema de antena inteligente se puede dar forma a los patrones de radiación a fin de distribuir mejor la carga de tráfico

# Con el sistema de antena inteligente se puede dar forma a los patrones de radiación a fin de distribuir mejor la carga de tráfico


112

Sistema Spotlight 2000 para Lucent CDMASistema Spotlight 2000 para Lucent CDMA

# Figura de ruido del sistema: menor a 5dB# Potencia de Tx entre 150 y 500 W.# Soporta hasta 8 portadoras CDMA# Sistema de tres paneles con 12 haces.


113

División de celdas (Cell spliting)División de celdas (Cell spliting)

# Si el tráfico en una celda aumenta ésta puede ser dividida en celdas de menor tamaño.# Esto incrementa la capacidad de reuso de frecuencias y por lo tanto la

capacidad del sistema.# Sin embargo la reducción del radio de las celdas trae como consecuencia

un incremento en el número de hand-off por usuario.

# Si el tráfico en una celda aumenta ésta puede ser dividida en celdas de menor tamaño.# Esto incrementa la capacidad de reuso de frecuencias y por lo tanto la

capacidad del sistema.# Sin embargo la reducción del radio de las celdas trae como consecuencia

un incremento en el número de hand-off por usuario.

CB

A D

E

G

F

G’F’

A’ B’

C’

E’

D’B

G A

CB

A D

E

G

F B

G A


114

Asignación inicial de celdasAsignación inicial de celdas

1

56

72

3

4

1

56

72

3

4

1

56

72

3

4

1

56

72

3

416

72

7

56

3

4

5# Todas las celdas de

igual tamaño# Factor de reuso de

frecuencias N=7

# Todas las celdas de igual tamaño# Factor de reuso de

frecuencias N=7


115

Necesidad de crecimiento: División de celdasNecesidad de crecimiento: División de celdas

56

72

3

4

1

56

72

3

4

1

56

72

3

4

1

56

72

3

416

72

7

56

3

4

5# En alguna zona se tiene una mayor demanda.# Se decide realizar

división de celdas utilizando el mismo patrón de asignación de grupo de frecuencias.# La asignación de las

celdas más pequeñas se realiza con el mismo patrón pero cambiando el orden de tal manera que los mismos grupos de frecuencias queden alejados.

# En alguna zona se tiene una mayor demanda.# Se decide realizar

división de celdas utilizando el mismo patrón de asignación de grupo de frecuencias.# La asignación de las

celdas más pequeñas se realiza con el mismo patrón pero cambiando el orden de tal manera que los mismos grupos de frecuencias queden alejados.

17

23

456


116

Técnicas de asignación del canalTécnicas de asignación del canal

# En sistemas FDMA y TDMA se utiliza el concepto de reuso de frecuencias, en el cual el mismo canal es utilizado por distintas terminales en diferentes celdas con la única restricción de mantener el nivel de interferencia por debajo de un umbral.# En CDMA no aplica debido a que cada usuario transmite sobre la

misma banda de frecuencia de manera simultanea pero utilizando una secuencia pseudoaleatoria para distinguirse.# En sistemas móviles existen dos técnicas de asignación de los

canales de radio a las estaciones móviles:• Asignación de canal fija o FCA ( Fixed Channel Assignment)• Asignación de canal dinámica o DCA (Dynamic Channel Assignment)

# Para un sistema con un determinado grado de servicio y calidad de transmisión la técnica de asignación provee un compromiso entre la eficiencia del uso del espectro y la complejidad de implementación.


117

Asignación FCAAsignación FCA

# Los sistemas celulares utilizan FCA (Fixed channel allocation).# Existen un cierto número de canales que son asignados de manera

fija a un grupo de celdas.# Esta asignación dependerá de la densidad de tráfico en cada celda.

MSC BS MS

Solicitud de Llamada

Asignación de un canal disponible dentro de los previstos para dicha celda.


118

Asignación DCA Asignación DCA

# La asignación de canales ocurre basado en la demanda de tráfico de las celdas. Es decir no existe una planeación fija, se tiene un grupo de frecuencias para todo el sistema y las asignaciones se hacen y se modifican en tiempo real.# La interferencia se minimiza haciendo evaluaciones en tiempo real acerca

del canal más adecuado para ser asignado.# Por ejemplo un obstáculo como la pared o un piso pueden ser suficientes

para que el mismo canal sea reutilizado en ambos lados al mismo tiempo.

MSC BS MS

Solicitud de Llamada

Asignación de un canal disponible dentro de todo el grupo de canales.


119

Asignación de canales fijaAsignación de canales fija

# Una vez seleccionado el tamaño del grupo de celdas (cluster) es necesario asignar los canales a cada celda bajo las siguientes consideraciones:

• Las celdas adyacentes deben de utilizar grupos de frecuencias diferentes.• Asignar las frecuencias mediante un proceso que permita su reutilización.

# Ejemplo:• Supongamos un BW = 20.16 MHz para Tx y Rx.• Un BWch = 30 KHz para canales simplex• Entonces:

S=20.16 MHz / 2x30 kHz = 336 canales de RF Duplex.• Seleccionemos un grupo de celdas con N=7 y con antenas

omnidireccionales, entonces tendremos k=48 canales para cada celda.

• Si escogemos N=7 pero con 3 antenas direccionalestendremos 21 sectores o grupos de frecuencias

con k=16 canales para cada sector. CB

A D

E

G

F

CB

A D

E

G

F


120

Ejemplo para N=7Ejemplo para N=7

# Para un grupo de celdas de tamaño N=7 y con S=336 canales disponibles se tienen K=48 canales de RF por cada celda.# A las celdas dentro del grupo las denominaremos A, B, C, D, E, F, G y H.# Un ejemplo de la asignación de frecuencias para formar los siete grupos

distintos es el siguiente:

CB

A D

E

G

F

A 1 8 15 ... ... 316 323 330

C 3 10 17 ... ... 318 325 332D 4 11 18 ... ... 319 326 333E 5 12 19 ... ... 320 327 334F 6 13 20 ... ... 321 328 335G 7 14 21 ... ... 322 329 336

B 2 9 16 ... ... 317 324 331

48 canales por celda

7 ce

ldas

por

gru

poGerencia de Servicio Técnico R9Gerencia de Servicio Técnico R9

121

Ejemplo para N=7 con celdas sectorizadasEjemplo para N=7 con celdas sectorizadas

# Con S=336 y N=7 pero con celdas sectorizadas tenemos ahora un total de 21 grupos de frecuencias diferentes y por lo tanto un número k=16 canales de RF por grupo.# Este patrón puede considerarse como un grupo de celdas de tamaño 21.# La asignación apropiada sería:

A1

A3A2

C1

C3C2

B1

B3B2

D1

D3D2E1

E3E2

F1

F3F2

G1

G3G2

Asignar los primeros 21 canales comenzando con A1, B1, C1, ..., G1 y terminando con E3, F3 y G3.

Repetir el proceso con los siguientes 21 canales (22-42) y así 14 veces más para para completar 16 canales por sector y así los 336 canales disponibles.


122

Diseño de la cobertura de un sistema celularDiseño de la cobertura de un sistema celular

#El objetivo del diseño de la cobertura de cualquier sistema celular pretende:

• El mayor número de abonados que pueden establecer llamadas de una manera aceptable para el espectro disponible.

• El costo de la red necesario para proporcionar a dicho número de abonados un servicio satisfactorio.

#Una vez definida el área de servicio celular (CGSA) se debe determinar:

• El espectro disponible• El factor de reuso de frecuencias (N)• El radio de la celda máximo• La distancia de reutilización de frecuencias (D)• La técnica de asignación de canales• El tráfico estimado por celda

#El objetivo del diseño de la cobertura de cualquier sistema celular pretende:

• El mayor número de abonados que pueden establecer llamadas de una manera aceptable para el espectro disponible.

• El costo de la red necesario para proporcionar a dicho número de abonados un servicio satisfactorio.

#Una vez definida el área de servicio celular (CGSA) se debe determinar:

• El espectro disponible• El factor de reuso de frecuencias (N)• El radio de la celda máximo• La distancia de reutilización de frecuencias (D)• La técnica de asignación de canales• El tráfico estimado por celda

CB

A D

E

G

F


123

Herramientas de diseño celularHerramientas de diseño celular# Existen diversas herramientas de software

que ayudan a los ingenieros en la planeación de un sistema celular.# Utilizando datos geográficos,

demográficos, de propagación, etc ayudan en el incremento del desempeño y la calidad de un sistema.# Se pueden presentar mapas que incluyan:

• Potencia recibida en el enlace de bajada• Potencia de transmisión del MS• Mapa de demanda de tráfico

# Existen diversas herramientas de software que ayudan a los ingenieros en la planeación de un sistema celular.# Utilizando datos geográficos,

demográficos, de propagación, etc ayudan en el incremento del desempeño y la calidad de un sistema.# Se pueden presentar mapas que incluyan:

• Potencia recibida en el enlace de bajada• Potencia de transmisión del MS• Mapa de demanda de tráfico


124

EjercicioEjercicio

1. ¿En telefonía celular cómo se determina la capacidad total (número de canales) de un área geográfica?

2. Describa como se asigna el espectro para AMPS y CDMA (Ancho de banda disponible, número de canales y separación entre el canal Tx y Rx)

3. ¿Qué es la sectorización? ¿Cuándo es conveniente utilizarla?

4. ¿Qué son las antenas inteligentes? Describa los dos tipos de antenas inteligentes que existen.

5. ¿Qué son las técnicas de asignación de canal?

6. Una vez definida el área de servicio celular (CGSA) ¿Cuáles son los puntos a considerar en el diseño celular? Describa cada uno de ellos


125




! Planeación de frecuencias" Ingeniería de tráfico! Telefonía celular analógica! Telefonía celular digital! Nuevas aplicaciones


126


#Objetivo:• Aprender el manejo de los aspectos relacionados con la

planeación de tráfico sobre sistemas celulares.

# Ingeniería de tráfico• Objetivo de la ingeniería de tráfico• Conceptos básicos: Erlang, GOS, BH, BHCA.• Suposiciones para la planeación celular• Cálculo del número de VCH en función del área• Cálculo del número de VCH en función del tráfico• Efectos del fabricante en la planeación de capacidad• Hand-off y Soft Handoff


127

Ingeniería de TráficoIngeniería de Tráfico

#El objetivo de la ingeniería de tráfico es planear la capacidad del sistema para satisfacer la demanda de los usuarios a cierto grado de servicio (GOS).# Limitantes de capacidad de una celda:

• Ruido en el enlace de subida (reverse link)• Potencia requerida por cada usuario en el enlace de bajada (forward)• Número de canales de voz equipados en la celda (Hardware)


128

# En ingeniería de tráfico definimos el concepto de intensidad de tráfico (A), el cual nos habla de la cantidad de flujo de tráfico que existe sobre un grupo de circuitos y se calcula mediante:

A = λ * tmEn donde:

λ : Número de llamadas por minutotm : Duración en minutos por llamada

# En realidad no importan si las unidades son minutos o bien horas, pues la intensidad de tráfico tiene unidades adimensionales. El término más utilizado para unidades de tráfico es el de Erlang.# Erlang

• Unidad de tráfico adimensional• Un Erlang de intensidad de tráfico en un circuito significa una ocupación continua

de ese circuito• Un Erlang es el número de llamadas-segundo por segundo o llamadas-hora por

hora

Caracterización del tráfico (Erlangs)Caracterización del tráfico (Erlangs)


129

Más claroMás claro

# Un Erlang de tráfico sobre un circuito significa la ocupación del 100% del tiempo de dicho circuito relativo a una referencia de tiempo. Por ejemplo si la referencia es de una hora entonces un Erlang significa una hora de ocupación o bien 60 minutos sobre un circuito.

# Un circuito significa un trayecto sobre el cual solo puede existir una llamada al mismo tiempo.

# Por lo tanto en una señal E1 existen 30 circuitos.

# Un Erlang de tráfico sobre un circuito significa la ocupación del 100% del tiempo de dicho circuito relativo a una referencia de tiempo. Por ejemplo si la referencia es de una hora entonces un Erlang significa una hora de ocupación o bien 60 minutos sobre un circuito.

# Un circuito significa un trayecto sobre el cual solo puede existir una llamada al mismo tiempo.

# Por lo tanto en una señal E1 existen 30 circuitos.

1 Erlang

0.5 Erlang

0.25 Erlang

1 llamada de 60 minutos

50 %

25 %

Porcentaje de ocupación deun circuito relativo a una ventana

60 minutos

60 llamada de 1 minuto

Porcentaje de ocupación deun circuito relativo a una ventana

60 minutos

1 llamada de 30 minutos 10 llamadas de 3 minutos c/u

1 llamada de 15 minutos 5 llamadas de 3 minutos c/u


130

Tráfico ofrecido vs. Tráfico transportadoTráfico ofrecido vs. Tráfico transportado

# Tráfico ofrecido.- Es la intensidad de tráfico generada por los usuarios o abonados de una red.# Tráfico transportado.- Es la intensidad de tráfico actualmente atendida por

los elementos del sistema celular.# La diferencia entre el tráfico ofrecido menos el tráfico transportado nos da

el tráfico que experimentó bloqueo o congestión.

# Tráfico ofrecido.- Es la intensidad de tráfico generada por los usuarios o abonados de una red.# Tráfico transportado.- Es la intensidad de tráfico actualmente atendida por

los elementos del sistema celular.# La diferencia entre el tráfico ofrecido menos el tráfico transportado nos da

el tráfico que experimentó bloqueo o congestión.

70 Erlangs de tráfico ofrecido

69 Erlangs de tráfico transportado


131

Grado de servicio, GOS (Grade of service)Grado de servicio, GOS (Grade of service)

# Se define como la probabilidad de que un abonado encuentre congestión a la hora pico. Siendo congestión el hecho de que todos los circuitos se encuentren ocupados.# Por ejemplo, un grado de servicio de 0.01 indica que 1 de cada

100 abonados experimentará congestión a la hora pico.# Se expresa con la letra p. Una notación típica es P02, que indica

p=0.02.

# Se define como la probabilidad de que un abonado encuentre congestión a la hora pico. Siendo congestión el hecho de que todos los circuitos se encuentren ocupados.# Por ejemplo, un grado de servicio de 0.01 indica que 1 de cada

100 abonados experimentará congestión a la hora pico.# Se expresa con la letra p. Una notación típica es P02, que indica

p=0.02.

100 llamadasde entrada

1 llamada experimenta congestión a la hora

pico

Se tiene un grado de servicio del 1%

N troncales E1 de salida

E1’s


132

Tráf

ico

Tran

spor

tado

(Erla

ngs)

Tiempo (Horas)

2220181614121086420

0:00

1:00

2:00

3:00

4:00

5:00

18:0

019

:00

20:0

0

9:00

10:0

011

:00

6:00

7:00

8:00

12:0

013

:00

14:0

015

:00

16:0

017

:00

21:0

022

:00

23:0

0

LuJu

0:00

Ejemplo de distribución de tráficoEjemplo de distribución de tráfico

# Hora pico (Busy Hour)# Intentos de llamada en la hora pico (BHCA, Busy Hour Call Atempts)


133

P n

x

n

x

x

n

AA

=

=∑!

!0

Px

Ax

x ne A= −

=

∞

∑ !Erlang B

Poisson

Herramientas para el dimensionamientoHerramientas para el dimensionamiento

# El dimensionamiento o ingeniería de tráfico consiste en calcular el número de circuitos razonable para un determinado número de personas que desean realizar llamadas telefónicas.# El problema es saber cuando van a llamar para lo que se utilizan

estadísticas o simplemente se suponen valores.# Una vez hechas las suposiciones se prosigue a utilizar las tablas de

dimensionamiento: Poisson y Erlang B.# Estas tablas se generan a partir de fórmulas que dependen de tres

variables y que por lo tanto se deben conocer o suponer cuando menos dos de ellas para calcular la tercera, estas variables son:

• Intensidad de tráfico o Erlangs (A)• Grado de servicio, GOS (P)• Número de circuitos (n)


134

Ejemplo de Uso de las TablasEjemplo de Uso de las Tablas

#Se tienen 5 Erlangs de tráfico ofrecido:

• ¿Cuántos circuitos serían necesarios para ofrecer un GOS del 2%?

• Para este caso ¿Cuál es el tráfico transportado?


135

Ejemplo de capacidad de un clusterEjemplo de capacidad de un cluster

17

3 4

6

2

5

Sitio No. de Intentos de Tráfico* No. de **Grupo de llamadas en por celda canalesCanales la hora pico (Erlangs) de RF

1 1 356 9.26 162 2 353 9.18 163 3 1,307 33.98 444 4 1,292 33.59 445 5 1,150 29.90 396 6 1,196 31.10 417 7 554 14.40 22

Total 6,208 161.41 222

* Asumiendo 0.026 Erlangs por llamada (con una duración promedio de 100 segundos).** El número de canales está calculado para un GOS=0.02 o del 2%.


136

Eficiencia de Capacidad del SistemaEficiencia de Capacidad del Sistema

# La eficiencia de capacidad del sistema se calcula dividiendo la cantidad de Erlangs de tráfico transportado entre la capacidad de tráfico en Erlangsinstalada:

Erlangs de Instalada CapacidaddosTransporta Erlangs de Total Erlangs de Capacidad de Eficiencia =

# Por ejemplo el siguiente sistema tiene una eficiencia casi del 30%# Por ejemplo el siguiente sistema tiene una eficiencia casi del 30%

29.7%3,288977 Erlangs de Capacidad de Eficiencia ==

Cap

acid

ad to

tal d

e un

a ce

lda

de tr

es

sect

ores

(8

E po

r sec

tor)

Celdas con mayor tráfico

Celdas con menor tráfico

Alrededor del 70% esta sin utilizar


137

Cálculo de Número de Celdas TotalesCálculo de Número de Celdas Totales

#El número de celdas total (NTOT) en un área de servicio celular se puede calcular de dos maneras:

• La primera relacionada con la cobertura de la celda (NCOB).• La segunda relacionada con la capacidad de la celda (NCAP).

# Finalmente se hace un balance entre ambas maneras para considerar los dos aspectos de diseño de una red:

( ) ( )2CAP

2COBTOT NNN +=


138

Número de Celdas por Cobertura (NCOB)Número de Celdas por Cobertura (NCOB)

#Es posible calcular el número de celdas en una CGSA simplemente dividiendo el área total de servicio entre el área de cobertura de una celda.#Para realizar esto solo es necesario conocer el radio de

cobertura de la celda máximo en función del nivel de señal en los receptores (RSL).# Lo anterior asume un terreno plano y no considera el

tráfico por usuario.#Esto nos proporciona una visión del número de celdas

desde el punto de vista de la cobertura geográfica (NCOB), relacionado con el radio máximo de cobertura de la celdas.

Celda

TotalCOB A

AN =


139

Máximo Radio de Cobertura de la celdaMáximo Radio de Cobertura de la celda

# Sabemos que la cobertura de una celda queda determinada en primera instancia por diversos parámetros como:

• Potencia de transmisión• Altura de la antena• Ganancia de la antena• Localización de la antena

# Sin embargo otros parámetros afectarán la forma real de la cobertura, entre ellos:

• El ambiente de propagación• Existencia de colinas y cerros• Túneles• Vegetación• Edificios

# Para conocer el radio de la celda se utilizan los modelos de predicción (Hata, Okumura, Ikegami) que consideran estos parámetros y que están diseñados dependiendo del tipo de terreno.


140

Ejemplo de Cálculo de NCOBEjemplo de Cálculo de NCOB

#Area de servicio (km2): 100 km2

#Radio de cobertura de la celda (km): 3 km#Area de la celda (km2): πR2 =

3.1416(3)2 = 28.27 km2

43.5328.27100

AAN

Celda

TotalCOB →===


141

Número de Celdas por Capacidad (NCAP)Número de Celdas por Capacidad (NCAP)

# En este cálculo se determinará el número de celdas en función de la capacidad de tráfico por celda y el tráfico ofrecido en una CGSA.# Para poder realizar este cálculo es necesario conocer la capacidad de

un celda o de un sector de una celda.# Este parámetro depende del fabricante del equipo que se planea utilizar

para ofrecer el servicio.# La capacidad de una celda/sector puede estar especificado en canales

de tráfico o bien en Erlangs, en cualquier caso se requiere la cantidad de Erlangs para un determinado GOS.

• Un valor típico sería el 22 TCH por sector o su equivalente en Erlangs igual a 14.9E para un GOS del 2%.

# Con la capacidad por celda/sector es posible calcular el número de celdas por capacidad dividiendo el tráfico total ofrecido en la CGSA entre la capacidad por celda.# En este caso se asume una densidad uniforme, en la práctica habría

que sobreponer las celdas calculadas por cobertura sobre el CGSA y determinar si el tráfico sobre dicha celda no excede la capacidad especificada por el sistema.

Celda

TotalCAP T

TN =


142

Ejemplo de Cálculo de NCAPEjemplo de Cálculo de NCAP

# Número de usuarios móviles: 100,000# Tráfico por usuario: 0.001Erlangs# Total de tráfico ofrecido en la CGSA:

100E# Tráfico por celda: 21.6E por celda y 7.2E

por sector.

54.6221.6100

TTN

Celda

TotalCAP →===


143

Ejemplo de Capacidad TotalEjemplo de Capacidad Total

#De nuestro ejemplo obtuvimos:• NCOB=3.53• NCAP=4.62

#Entonces un número de celdas que considerará tanto la cobertura como la capacidad estaría dado por:

( ) ( )2CAP

2COBTOT NNN +=

( ) ( ) 65.84.623.53N 22TOT →=+=

Gerencia de Servicio Técnico R9Gerencia de Servicio Técnico R9Gerencia de Servicio Técnico R9

144

Optimización del Número de CeldasOptimización del Número de Celdas

# En la realidad en la CGSA:• El área a servir no será totalmente

plana• El radio de las celdas no será

homogéneo• La distribución de los usuarios no

será uniforme.# Por esta razón es necesario

llevar a cabo una optmizaciónen el número de celdas considerando la realidad topográfica del área de servicio, así como su conducta de tráfico.# Esta tarea en la práctica es

realizada mediante herramientas de software que nos ayuden a predecir la cobertura y el número de celdas óptimo.

# En la gráfica cada color representa un nivel de tráfico diferente.

# En la gráfica cada color representa un nivel de tráfico diferente.


145

Pasos para el diseño de un sistemaPasos para el diseño de un sistema

1. Determinar el número de usuarios a servir.2. Determinar la localización y los patrones de tráfico de los

usuarios.3. Estimar las pérdidas en el trayecto a partir del sitio.4. Determinar el esquema de reuso más apropiado.5. Usando la ingeniería de tráfico y las tablas de Erlangs determinar

el número de sitios requeridos.6. Colocar los sitios sobre el CGSA para determinar la cobertura.7. Modelar y predecir la cobertura de cada celda.8. Asignar las frecuencias a cada celda considerando el crecimiento

futuro.9. Modelar y predecir la interferencia para determinar la calidad del

servicio.10.Utilizar transmisores de prueba para verificar el modelo,11.Implementar los sitios y realizar pruebas de cobertura para

optimizar.


146

Handoff vs. Soft HandoffHandoff vs. Soft Handoff

# El proceso a través del cual un MS mantiene comunicaciones mientras se mueve de una celda/sector a otra celda sector.# Razones por las que se puede iniciar un procedimiento de Handoff:

• El MS cruza la frontera de una celda• El MS experimenta ruido o interferencia por encima de cierto nivel• Problemas en los componentes de una BTS durante una llamada

# Existen dos tipos de Handoffs de forma general:• Soft Handoff• Hard Handoff

Celda Fuente(Source Cell)Celda Fuente(Source Cell)

Celda Destino(Target Cell)

Celda Destino(Target Cell)

MSMS


147

Capacidad de un Sistema CDMACapacidad de un Sistema CDMA

# La siguiente función nos define como calcular el número (M) de usuarios que pueden existir dentro de una celda CDMA considerando el enlace de subida (reverse link):

En donde:M: número de usuarios móviles/celdaW: Ancho de banda esparcido en Hz (1.228MHz)R: Velocidad binaria de la información (9.6k/14.4k)Eb/No: Relación energía bit a interferencia (5dB - 7dB)Eb: Cantidad de energía en un período de bitNo: Densidad de potencia de ruidoVaf: factor de actividad de voz (0.4 - 0.5)IIOC: Relación de interferencia de celdas adyacentes sobre la misma celda (0.6) Cp: factor de capacidad de degradación para tomar en cuenta APC imperfecto (0.8)Gs: Ganancia de sectorización (1 para omni, 2.55 para 3 sectores y 5 para 6 sectores)

M =( W / R)

( Eb / No)CpGs

1

( vaf )

1

( 1 + IIOC)


148

Ejercicio de Capacidad Total: DatosEjercicio de Capacidad Total: Datos

Datos Para el CálculoPoblación (Hab) 8,600,000

Area (km2) 8,720Penetración 10.00%

Tráfico / Usuario (BH) 0.0250TCH por sector 25

GOS 2%Erlangs por Sector@GOS 17.5

Número de sectores 3Ganacia de Sectorización 2.55

Factor para SHO 1.35Ineficiencia por topografía 1.5

Morfología y penetración en edificio permitida

Radio de Celda (Km)

Area de Cobertura max. / Celda

(Km2)Distribución del

Area %

Distribución del Area

km2

Distribución de la

Población %

Distribución de la Población

Hab. PenetraciónDense Urban (15 dB) 1.60 8.04 1% 87.20 10% 860,000 86,000Ligth Urban (15 dB) 2.10 13.85 9% 784.80 45% 3,870,000 387,000Suburban (10 dB) 5.50 95.03 22% 1,918.40 30% 2,580,000 258,000

Rural (10 dB) 21.50 1,452.20 68% 5,929.60 15% 1,290,000 129,000Total 860,000


149

Ejercicio de Capacidad Total: SoluciónEjercicio de Capacidad Total: Solución

Morfología y penetración en edificio permitida NCAP NCOB NTOT

Dense Urban (15 dB) 65 16 67Ligth Urban (15 dB) 293 85 305Suburban (10 dB) 195 30 197

Rural (10 dB) 98 6 98Total 651 137 667

( ) ( )2CAP

2COBTOT NNN +=

iónSectorizac de Gananciasector por ErlangsSHO para Factorusuario por TráficonPenetracióNCAP ×

××=

Celda la de AreaTopografía por iaIneficiencAreaNCOB

×=


150

Objetivos de CoberturaObjetivos de Cobertura

#Se deben de definir los objetivos de calidad con respecto a la cobertura:

• Probabilidad de cobertura en las fronteras de las celdas• Limitaciones de cobertura en interiores• Ciudades que tendrán cobertura• Carreteras o caminos que requieren cobertura• Cobertura de interiores de edificios

#Se deben de definir los objetivos de calidad con respecto a la cobertura:

• Probabilidad de cobertura en las fronteras de las celdas• Limitaciones de cobertura en interiores• Ciudades que tendrán cobertura• Carreteras o caminos que requieren cobertura• Cobertura de interiores de edificios


151

Ejemplo de Objetivos de CoberturaEjemplo de Objetivos de Cobertura

Zonaurbana

Zona deareas verdes

Zonasuburbana

Coberturaurbana

Coberturaen vehículos

Cobertura deáreas verdes

Coberturasuburbana

Zonaurbana

Cobertura dentrode edificios yvehículos


152

EjercicioEjercicio

1. ¿Cuál es la diferencia entre tráfico ofrecido y tráfico transportado?

2. ¿Qué nos indica el grado de servicio? ¿Cómo se utiliza en las tablas de tráfico?

3. ¿Cómo se determina el número total de celdas necesarias para cubrir un área de servicio celular?

4. Enumere los pasos a considerar en el diseño celular

5. Si se tiene una densidad de 150 usuarios móviles por km2 uniforme, con un tráfico por usuario de 0.01E y una capacidad por sector de 7.2E, ¿Cuál será el radio máximo que se podría soportar en función del tráfico a fin de no exceder las especificaciones del fabricante?


153

! Introducción a las comunicaciones móviles inalámbricas



! Planeación de frecuencias! Ingeniería de tráfico" Telefonía celular analógica! Telefonía celular digital! Nuevas aplicaciones


154


#Objetivo:• Describir las características más importantes del sistema

AMPS.

# Telefonía celular analógica• Elementos del sistema celular analógico• El sistema americano AMPS• Otros sistemas analógicos


155

Telefonía Celular AnalógicaTelefonía Celular Analógica

# En general, decimos que es un sistema celular analógico porque la fuente de información, la voz, es modulada directamente para sertransmitida sobre los canales de RF asignados en cada sistema.# Los sistemas celulares analógicos utilizan como método de acceso

la técnica FDMA, por lo cual es común establecer que un sistema FDMA debe de ser analógico y no necesariamente.# Características:

• Ancho de banda angosto, baja eficiencia en el uso del espectro.• Baja seguridad, se requieren duplexores.• Principales problemas: IM en el sitio celular, la potencia y el número de

canales son limitados.

PSTNISDN


156

Sistema AMPSSistema AMPS

# AMPS: Advanced Mobile Telephone Service# Introducido en los años 70’s en los Estados

Unidos.# Se le conoce como el sistema americano.# Su uso ha sido adoptado en prácticamente

todo el continente americano, así como en algunos otros lugares del mundo, por ejemplo Australia, China y Korea.# En México es utilizado actualmente

por todos los proveedores del servicio celular en el país. Introducido en 1990 por Telcel y Iusacell.


157

Países que utilizan AMPSPaíses que utilizan AMPS

Canadá, Costa Rica, El Salvador, Estados Unidos, Filipinas, Guatemala, México, República Dominicana.Argentina, Bolivia, Brasil, Chile, Perú, Venezuela.Zaire.Australia, Nueva Zelandia.Brunei, Islas Caimán, Hong Kong, Indonesia, Israel, Pakistan, Samoa, Singapur, Taiwan, Tailandia.

Canadá, Costa Rica, El Salvador, Estados Unidos, Filipinas, Guatemala, México, República Dominicana.Argentina, Bolivia, Brasil, Chile, Perú, Venezuela.Zaire.Australia, Nueva Zelandia.Brunei, Islas Caimán, Hong Kong, Indonesia, Israel, Pakistan, Samoa, Singapur, Taiwan, Tailandia.


158

Características del sistema AMPSCaracterísticas del sistema AMPS

# Relacionados al sistema• Número de canales duplex: 2 grupos de 416• Radio de celdas: 2-20 km• Rango de frecuencias: MS-BS (824 - 849 MHz) y BS - MS (869 - 894 MHz)• Espaciamiento entre canales: 30 kHz• Método de acceso: FDMA/FDD• Transmisión de voz: FM• Señalización: Datos FSK a 10kbps• Número de celdas: 50 (Típico)• Máxima potencia radiada por la estación base: 100W por canal• Separación entre canales Tx y Rx: 45 MHz

# Sistema de comunicación• Calidad de voz: Similar a la telefonía convencional• Procesamiento de voz: Compansor silábico 2:1• Grado de servicio: Probabilidad de bloqueo del 2%

# Unidad móvil• Potencia de Tx: 1 - 3 W (Nominal)• Control de potencia de Tx: 10 pasos con 4dB de atenuación cada uno• Sensibilidad de Rx: -116dBm para una fuente de 50W


159

Elementos del sistema AMPSElementos del sistema AMPS

# Para establecer una llamada el MS requiere de un canal de Tx y otro de Rx. En AMPS se definen canales de RF de un BWch=30 kHz, por lo que un canal Duplex (Tx y Rx) ocupa 60 kHz del espectro disponible para el sistema.

PSTNISDN

MSCBSMS

Canal de Voz

Canal BS-MS (Forward)

Canal MS-BS (Reverse)

Canal de Control

Canal BS-MS (Forward)

Canal MS-BS (Reverse)

# Sobre estos canales se realizan las funciones de señalización y control entre las estaciones móviles y las base. En cuanto al espectro , en el sistema AMPS, tenemos la misma situación que para los canales de voz.


160

Espectro asignado para AMPS Espectro asignado para AMPS

# Ancho de banda total disponible:BW= (894 -869.04) + (849 - 824.04) =

24.96 + 24.96 = 49.92 MHz# S= 49.92MHz / 30 kHz = 1664 canales

simplex o bien 832 canales duplex.# La separación entre el canal de Tx y de RX

es de 45 MHz.

SMR: Special Mobile Radio

832 Canales MS-BS(Reverse) SMR 832 Canales BS-MS

(Forward)

824.04 MHz 849 MHz

869.04 MHz 894 MHz45 MHz

fr ff+

TxMS RxMS

30 kHz 30 kHz

Ch “x” duplex


161

Distribución del espectro disponibleDistribución del espectro disponible

# El total de canales duplex disponibles para el sistema AMPS han sido distribuidos en dos bloques de 416 (395 para voz y 21 para control) canales cada uno.# Esto permite la coexistencia de dos sistemas celulares en la misma área

geográfica:• Sistema de la banda A (Non- wireline carrier)• Sistema de la banda B (Wireline carrier)

# Inicialmente se contaba con 40MHz de ancho de banda y se tenían 333 canales duplex para cada banda (312 para voz y 21 para control).# Posteriormente se agregaron 10 MHz y se llegó a los 416 canales antes

mencionados.# Cuando se hace referencia al sistema original se habla de AMPS y para el

segundo caso de EAMPS (Extended AMPS) o AMPS extendido.

Banda A Banda B


162

Designación de canales MS - BSDesignación de canales MS - BS

# Banda A (A + A’ + A’’)• 416 canales simplex• Para voz 395 (ch 1 - ch 312, ch 667

- ch 716 y ch 991 - ch 1023)• Para control 21 (ch 313 - ch 333)


(Forward)

825.03 835.02 845.01 846.5133 333 333 50 83

A’’ A B A’ B’

991

1023 1

313

333

334

354

312

355

666

667

716

717

799

# Banda B (B +B’ )• 416 canales simplex• Para voz 395 (ch 355 - ch 666 y ch

717 - ch 799)• Para control 21 (ch 334 - ch 354)

Número de canal Frecuencia central (MHz)

1< N < 799 0.03N + 825.000990 < N < 1023 0.03 (N-1023) + 825.000

824.04 849


163

Designación de canales BS - MSDesignación de canales BS - MS

# Banda A (A + A’ + A’’)• 416 canales simplex• Para voz 395 (ch 1 - ch 312, ch 667

- ch 716 y ch 991 - ch 1023)• Para control 21 (ch 313 - ch 333)


(Forward)

870.03 880.02 890.01 891.5133 333 333 50 83

A’’ A B A’ B’

991

1023 1

313

333

334

354

312

355

666

667

716

717

799

# Banda B (B +B’ )• 416 canales simplex• Para voz 395 (ch 355 - ch 666 y ch

717 - ch 799)• Para control 21 (ch 334 - ch 354)

Número de canal Frecuencia central (MHz)

1< N < 799 0.03N + 870.000990 < N < 1023 0.03 (N-1023) + 870.000

869.04 894


164

Canales de RFCanales de RF

# Un canal de RF es un trayecto de transmisión bidireccional por radiofrecuencia entre el MS y el BS.# Cada canal utiliza dos frecuencias distintas, una para TX de MS a BS y otra

para RX de BS a MS. # Como ya se mencionó, a este canal le llamaremos canal duplex. # La separación entre las frecuencias que constituyen un canal duplex

siempre es de 45 MHz y el ancho de banda de cada una de las frecuencias es de 30 kHz.# Cada canal de RF tiene una unidad de canal en la BS.# Existen dos tipos de canales de RF:

• Canales de Voz (VC, Voice Channels)• Canales de control (CC, Control Channels)

MSCBSMSVC, CC


165

Canales de voz, VC (1)Canales de voz, VC (1)

# Durante el procedimiento de establecimiento de una llamada un canal de voz (VC) será seleccionado por el MSC y asignado a un usuario mientras dure la llamada.

# El MSC es quien se encarga entonces de administrar todos los canales respectivos a las diferentes celdas del sistema, guardando una lista de canales por celda así como su estado, p.ej. ocupado, libre, bloqueado, etc.

# El el MSC ordena al BS apagar o encender las unidades de radio dependiendo del estado de los canales.

# Además de la voz sobre este canal se puede enviar las siguiente información:• Tono de audio para supervisión (SAT, Supervisory Audio Tone)• Tono de señalización (ST, Signalling Tone)• Datos (FVC, Forward Voice Channel y RVC, Reverse Voice Channel)

Hacia el MSC


166

Canales de voz, VC (2)Canales de voz, VC (2)

# Señales que pueden existir sobre los canales de voz:

• Voz• Datos (Control)• SAT• ST

Hacia el MSC

CUTx

Rx

Unidades de canal

CUTx

Rx

Unidades de canal

Voz

Voz

Datos

Hac

ia e

l MSC

CU: Control Unit


167

Tono de supervisión, SATTono de supervisión, SAT

# El SAT es enviado por una estación base sobre el canal de voz y debe ser puesto en loop por la estación móvil para:

• Verificar la continuidad del canal de voz en ambos sentidos• Verificar el nivel de la señal • Esta señal siempre existe, aún durante la llamada, sin embargo va

por encima del ancho de banda designado para la voz.• Existen tres frecuencias utilizadas para el SAT: 5970 Hz, 6000 Hz

ó 6030 Hz.

Hacia el MSC

Canal de Voz

SAT


168

Asignación del tono de supervisión (SAT)Asignación del tono de supervisión (SAT)

SAT1

SAT2

SAT1

SAT3

# A cada grupo de celdas o cluster le es asignado un SAT y al cluster vecino uno diferente. De tal manera que los canales en reuso de frecuencias tengan menos posibilidades de interferencia.# Las opciones para SAT son:

• SAT1 = 5970 Hz• SAT2 = 6000 Hz• SAT3 = 6030 Hz


169

Tono de señalización, STTono de señalización, ST

# El tono de señalización (ST) es enviado por la estación móvil sobre el canal de voz para:

# Confirmar algunos comandos enviados por la estación base duranteel modo de conversación

• Activar algunos servicios especiales, por ejemplo aceptar una llamada en espera.

• Indicar la contestación por parte de la estación móvil# El tono ST es de una frecuencia de 10 kHz

Hacia el MSC

Canal de Voz

ST


170

Canales de control, CC (1)Canales de control, CC (1)

# Cada celda cuenta con un canal de control. Si se trata de una estación base con antena omnidireccional está equipada con una unidad de canal de control. Si se trata de un estación base con antenas sectoriales, por ejemplo 3 a 120°, entonces la estación base contará con tres unidades de canal de control.

# La información de señalización que viene de y hacia el MSC viaja por este canal.# La unidad de canal de control no es otra cosa sino una unidad de canal, equipada

para transmitir y recibir en radiofrecuencia, pero ahora la información es la del canal de control.

# Para el sistema AMPS la velocidad del canal de control es de 10 kbps.# Al canal de control en el sentido BS - MS se le conoce como FOCC (Forward Control

Channel)# Al sentido de MS - BS se la llama RECC (Reverse Control Channel).# Existen 21 canales de control por banda en el espectro

asignado para AMPS.

Hacia el MSC

FOCC

RECC


171

Canales de control, CC (2)Canales de control, CC (2)

CUTx

Rx

Unidades de canal

Datos

Hacia el MSC

Hacia el MSC

FOCC

RECC

FOCC

RECC

# Cuando se está localizando a un abonado (paging) se transmiten mensajes sobre el FOCC que contienen el MIN que identifica a la estación móvil que se desea localizar.# El RECC es compartido por todos las estaciones que se encuentran en la

celda y su acceso está controlado por un mecanismo de contención.


172

Acceso al canal de control RECCAcceso al canal de control RECC

# Debido a que todos los MS de una misma celda comparten un canal de control en el sentido MS-BS es necesario contar con un procedimiento de contención que permita que solo un MS a la vez pueda utilizar dicho canal.

# En el sentido hacia adelante (Forward) se envía constantemente el estado de libre/ocupado del canal de control en el sentido hacia atrás (Reverse).

# Esta señal es un grupo continuo de bits intercalados entre los bits del canal FOCC y ocurren cada 1.1 ms aproximadamente.

# En caso de que una estación requiera transmitir y encuentre la señal de ocupado deberá esperar un tiempo aleatorio entre 0 y 200ms para volver a intentarlo.

# Este tiempo aleatorio también puede ser activado por otra estación y precisamente el hecho de que sea aleatorio hace que existan posibilidades para ambos de transmitir en diferentes tiempos.

Hacia el MSC

Busy/Idle bits (FOCC)

RECC


173

Cambio de canal de controlCambio de canal de control

# Cuando una estación móvil se encuentra en el modo de libre permanece sintonizada al canal de control de la celda, supervisando el tren de datos.# Sin embargo si la estación se encuentra en el estado de libre y en

movimiento, de tal manera que empieza a perder conexión con el canal de control actual deberá sintonizarse a un nuevo canal.# Las frecuencias de los 21 canales de control están perfectamente

definidas, por lo que la estación debe de realizar una búsqueda por dichas frecuencias y escoger la mejor para sintonizarse a ella.

A B

Celda 1 con canal de

control “x”

Celda 2 con canal de

control “y”

La MS deberá sintonizar del canal de control “x” al “y” una vez que el nivel

de Rx del canal “x” no sea suficiente.


174

Número de Identificación Móvil (MIN)Número de Identificación Móvil (MIN)

# En inglés Mobile Identification Number, MIN# A cada estación móvil le es asignado un número de identificación o MIN.# Mediante este MIN es posible que una MS sea localizada (paging)

cuando está por recibir una llamada, o bien que se le pueda ofrecer el servicio cuando va a realizar una llamada.# El MIN consta de 10 dígitos y esta representado digitalmente mediante

34 bits.# El MIN se divide en dos partes:

• MIN 1 (24 bits): Representa los 7 dígitos del número telefónico celular.• MIN 2 (10 bits): Representa el código de área (USA)

MIN 2 MIN 110 bits 24 bits

504 1524525

Código de área Número celular


175

Número de serie (ESN)Número de serie (ESN)

# Cada estación móvil se encuentra programada de fábrica con un número de serie electrónico (ESN, Electronic Serial Number) de manera permanente.# El ESN se representa mediante un código de 32 bits.# Se envía dentro del mensaje de acceso y ayuda a autentificar el

equipo que desea realizar la llamada en conjunto con el MIN.

8 bits 18 bits

Fabricante Número secuencialReservado6 bits

Número de serie electrónico (ESN) de 32 bits


176

Marca de la clase de estación (SCM)Marca de la clase de estación (SCM)

# Marca de la clase de estación (SCM, Station Class Mark).# Se codifica mediante 5 bits y también se incluye en el mensaje de acceso.# Da información acerca de la clase de estación:

• Bandwidth: Acerca de la capacidad de canales que puede manejar el teléfono celular.

• Discontinuos transmission: Indica si la estación enciende y apaga su transmisor entre los espacios de silencio y de transmisión de voz.

• Power class: Indica la clase de estación en cuanto al uso de potencia, estainformación se utiliza en el control dinámico de transmisión de potencia del móvil.

1 bit

Reservado

1 bit

Bandwidth

1 bit

Discont. Tx

2 bits

Power Class

SCM (5 bits)

0: 666 1: 832

0: No1: Si

00: Clase I01: Clase II10: Clase III


177

# Los móviles se clasifican por la máxima potencia efectiva radiada (ERP) indicada en la marca de clase de estación (SCM).# Bajo comando de la estación, el móvil puede variar su potencia en pasos

de 4dB.

# Los móviles se clasifican por la máxima potencia efectiva radiada (ERP) indicada en la marca de clase de estación (SCM).# Bajo comando de la estación, el móvil puede variar su potencia en pasos

de 4dB.

El SCM también incluye información de la transmisión discontinua en base a la actividad de voz (DTX).

Nivel dePotenciadel Móvil

Nivel dePotenciadel Móvil

Códigode

Atenuación

Códigode

Atenuación

01234567

01234567

ERP Nominal para Potencia de Clase: (dBW)ERP Nominal para Potencia de Clase: (dBW)

I II IIII II III

000001010011100101110111

000001010011100101110111

6 2 -22 2 -2

-2 -2 -2-6 -6 -6

-10 -10 -10-14 -14 -14-18 -18 -18-22 -22 -22

6 2 -22 2 -2

-2 -2 -2-6 -6 -6-10 -10 -10-14 -14 -14-18 -18 -18-22 -22 -22

Clase de potenciaClase de potencia


178

Código de identificación de sistema (SID)Código de identificación de sistema (SID)

# Código de identificación de sistema (SID, System Identification Code).# A cada sistema celular le es asignado un código SID y sirve para que la

estación móvil identifique el sistema que le está proporcionando servicio.# El SID es transmitido por cada estación base dentro de los mensajes de

control.# Esta número se encuentra programado en la estación móvil y cuando se

recibe y coinciden la estación puede saber cierta información acerca de su sistema de casa (Home).

13 bits

Número de sistemaCódigo Internacional

2 bits

SID de 15 bits SID = XXX

00: USA 01: Otro10: Canadá 11: México


179

Casos de tráficoCasos de tráfico

# Caso 1 : Móvil - Móvil (MS - MS)# Caso 2 : Móvil - Fijo (MS - FS)# Caso 3 : Fijo - Móvil (FS - MS)

PSTNISDN


180

Llamada a un abonado móvil (1)Llamada a un abonado móvil (1)

PSTNISDN MSC BS MS

Solicitud de llamada “905 504 1524” Page Request

“525 504 1524”

CC

Page Request“525 504 1524”

Page Reponse

CC

CC

CC

Page Reponse

CC

Analiza tabla de estados y asigna VC

Asigna VC y enciende Tx Sintonizar el canal xxxy escuchar SAT x

CC

VCSAT x

VC SAT x correcto hacer loopRegresó SAT correcto e

iniciar supervisión de llamada

CC

Continúa Continúa


181

Llamada a un abonado móvil, continuación (2)Llamada a un abonado móvil, continuación (2)

PSTNISDN MSC BS MS

Enviar Alert Orderal MS

CC

Recibe Alert Order

, enciende ST y genera timbrado

VC Genera STCC

Se detectó STRing Audible

Abonado contesta (off-

Hook), suprime ST

ST

VCCC

Abonado contestóContestación

Conversación


182

Llamada de un abonado móvil (1)Llamada de un abonado móvil (1)

PSTNISDN MSC BS MS

CC

Continúa Continúa

CC 631 2145 + “SEND”El MSC valida al MS

y si es correcto asigna un VC CC

Asigna VC y enciende Tx Sintonizar el canal xxxy escuchar SAT x

CC

VCSAT x

VC SAT x correcto hacer loopRegresó SAT correcto e

iniciar supervisión de llamada

CC

Se analizan los dígitos marcados y

comienza el establecimiento de la

llamada


183

Llamada de un abonado móvil, continuación (2)Llamada de un abonado móvil, continuación (2)

PSTNISDN MSC BS MS

SAT continua en loop

Conversación

RingbackVC

RingbackVC

Ringback

Contestación


184

Liberación de llamadaLiberación de llamada

PSTNISDN MSC BS MS

VC MS cuelga “END”, se envía

ST por 1.8sCC

Se detectó ST

Liberar llamada

ST

CC

Apaga el Tx del VC asignado

Conversación

El MS se sintoniza al

canal de control de la celda y

pasa a estado de monitoreo


185

Procedimiento de Hand-off (1)Procedimiento de Hand-off (1)

PSTNISDN MSC

MS

1. Conversación sobre el canal xxx2. El nivel del SAT o de RF cae por debajodel nivel umbral.3. El BS1 envía al MSC un mensaje de soli-citud de Hand-off.4. El MSC debe localizar un BS con mejorrecepción.

BS 1

BS 2


186

Localización (2)Localización (2)

MSC

BS 2

BS 3

BS 4

1. El MSC envía una solicitud de nivel de señal del canal xxx a las celdas vecinas.2. Las celdas vecinas mediante una unidad de localización, la cual cuenta con un receptor, realiza mediciones sobre el nivel del canal xxx y envían el resultado al MSC.3. Con esta información el MSC debe de tomar la decisión relativa a que celda vecina observa mejor al canal xxx.4. Evidentemente, el nivel observado por las celdas vecinas debe de ser mejor al nivel de la celda actual.

BS 1


187

Realización del Hand-off (3)Realización del Hand-off (3)

PSTNISDN MSC BS X MS

1. El MSC selecciona una nueva celda mediante el procedimiento de localización y selecciona un nuevo canal zzz en dicha celda, si hay disponibilidad.

CC BS2

Asigna VC , enciende Tx yenvia SAT z

VC BS 1

Orden de Hand-off a MS encanal xxx

CC BS 1

Orden de Hand-off a MS encanal xxx

CC BS1

Hand-off sync.Reseleccionar el nuevo trayecto vía la nueva celda.

VC MS después dela recepción deHand-off

confirma mediante

ST y sintoniza al canal zzz

ST

Continúa Continúa


188

Realización del Hand-off (4)Realización del Hand-off (4)

VC BS 2SAT z

SAT z correcto hacer loopHand-off confirmation

Regresó SAT correcto,se considera Hand-off exitoso

CC BS 2

PSTNISDN MSC BS X MS

VC BS 2

1. Mientras tanto la BS 1 detecta la recepción del ST por parte del MS antes de sintonizar al nuevo canal zzz.2. La BS 1 detecta que no existe portadora sobre el canal xxx e informa al MSC que el canal se encuentra libre.


189

Procedimiento de RoamingProcedimiento de Roaming

MSC A

HLR VLRMS Visitante

Sistema A

MSC B

HLR VLR

Sistema B

E1, SS7 (IS-41)

1. El MS-V intenta hacer una llamada o se registra en el sistema A. El VLR-A recibe los datos del MS-A (MIN, ESN).

2. El VLR-A reconoce que es un nuevo visitante, lo registra y le asigna unnúmero de roamer (RN).

3. El VLR-A determina el sistema al que pertenece MS-V y envía un mensaje (location updating) al HLR-B.

4. El HLR-B actualiza en su base la localización de MS-V y responde las categorías de dicho abonado.


190

Señalización entre MS y BSSeñalización entre MS y BS

# La señalización entre el MS y el BS se lleva a cabo mediante un flujo de datos de 10 kbps que se transmite sobre los canales de control y también sobre los canales de voz.# Para su transmisión dicho flujo binario es modulado mediante el esquema de

modulación FSK (Frequency Shift Keying).

MSBS

FOCC

RECC

Canales de Control

FVC

RVC

Canales de Voz


191

Sistemas celulares analógicosSistemas celulares analógicosSistema Banda (MHz) BW /ch (kHz) No. de Canales Región

AMPS 824-894 30 832 USA

TACS 890-960 25 1000 Europa

ETACS 872-950 25 1240 UK

NMT 450 453-467.5 25 180 Europa

NMT 900 890-960 12.5 1999 Europa

C-450 450-465.74 10 573 Alemania

RTMS 450-465 25 200 Italia

AMPS: Advanced Mobile Phone ServiceTACS: Total Access Communication SystemETACS: Extended TACSNMT: Nordic Mobile Telephone 450/900

Radiocom2000 192.5-207.5 12.5 560 Francia207.5-233.5 640165.2-173 256414.8-428 256

RTMS: Radio Telephone Mobile SystemNTT: Nippon TelephoneJTACS: Japanese TACSNTACS: Narrowband TACS

NTT 870-940 25/6.25 600/2400 Japón860-918.5 6.25 560867-925 6.25 480

JTACS/ 860-925 25/12.5 400/800 JapónNTACS 843-901 25/12.5 120/240

863.5-922 12.5 280


192

EjercicioEjercicio

1. ¿Qué técnica de acceso utilizan los sistemas celulares analógicos?

2. ¿Cuál es el espectro asignado para AMPS?

3. ¿Cuál es el ancho de banda total disponible en AMPS?

4. En México ¿Qué operadores aún utilizan el sistema AMPS?


193




! Planeación de frecuencias! Ingeniería de tráfico! Telefonía celular analógica" Telefonía celular digital! Nuevas aplicaciones


194


#Objetivo:• Describir las características más importantes de los

sistemas celulares digitales.• Conocer e identificar los diferentes sistemas de telefonía

celular digital.

# Telefonía celular digital • Elementos del sistema celular digital• Codificación de voz• Sistemas americanos con TDMA: IS-54• El sistema europeo GSM• CDMA y el sistema IS-95 americano• Comparaciones


195

Telefonía Celular DigitalTelefonía Celular Digital

# Decimos que se trata de un sistema celular digital cuando la voz se digitaliza mediante alguna técnica de codificación de voz en la misma estación móvil.# Esta característica es la que presenta la gran ventaja pues permite el

uso de métodos de acceso como TDMA y CDMA.# Características:

• Ancho de banda amplio y utilización del espectro más eficiente.• Mayor seguridad mediante métodos de encriptación y autentificación.• Principales problemas: Velocidad de transmisión limitada por el retardo

del canal.

PSTNISDN

MSC


196

Codificación de vozCodificación de voz

Por la forma de onda Por la fuente

En FrecuenciaEn Tiempo VOCODERS

No-Diferencial Diferencial

PCM

SBC ATC

DM ADPCM

CSVD

LPC

CELP

VSELP

QCELP

...

Codificadores de voz


197

Velocidades de codificación y aplicacionesVelocidades de codificación y aplicaciones

Algoritmo de Vel. binaria Aplicacióncodificación

PCM 64 kbps Telefonía, audio

ADPCM 32 kbps Telefonía, CT2, PACS, DECT, PHS.

CELP tasa variable Telefonía celular digital, 0.8, 2, 4, 8 kbps voz paquetizada

QCELP tasa variable 1.2, 2.4, 4.8, 8, 9.6 y 13 kbps IS-95

VSELP 4.5, 6.7, 7.95 y 11.2 kbps PDC, IS-54

RPE-LTP 13 kbps DCS-1800, GSM

ACELP 2.4, 4.8 y 8 kbps Voz paquetizada, Frame Relay

PCM: Pulse Code ModulationADPCM: Adaptative Differential PCMCELP: Code Excited Linear Predictive Coder

QCELP: Qualcomm CELPVSELP: Vector Sum Excited Linear Predictive CoderRPE-LTP: Regular Pulse Excited Long Term PredictionACELP: Algebraic Code Excited Linear Predictive Coder


198

VocodersVocoders

# Las técnicas de codificación que son diseñadas especialmente para la transmisión de la voz a tasas menores de 20 kbps son conocidas con el nombre de vocoders (voice coders), acrónimo utilizado por primera vez en los años 30´s por los Laboratorios Bell.# Un vocoder consiste de un analizador situado en el transmisor que extrae de la

señal de voz un conjunto de parámetros que representan al modelo que produce la voz, algunas de estas características son el tipo de sonidos que se producen (voiced/unvoiced), factores ganancia y bits de control. Del lado del receptor seencuentra un sintetizador que utiliza los parámetros recibidos y con ellos produce una señal de voz reconstruida.

# Las técnicas de codificación que son diseñadas especialmente para la transmisión de la voz a tasas menores de 20 kbps son conocidas con el nombre de vocoders (voice coders), acrónimo utilizado por primera vez en los años 30´s por los Laboratorios Bell.# Un vocoder consiste de un analizador situado en el transmisor que extrae de la

señal de voz un conjunto de parámetros que representan al modelo que produce la voz, algunas de estas características son el tipo de sonidos que se producen (voiced/unvoiced), factores ganancia y bits de control. Del lado del receptor seencuentra un sintetizador que utiliza los parámetros recibidos y con ellos produce una señal de voz reconstruida.

Analizador SintetizadorCanal de

transmisión

Transmisor Receptor

Codificador Decodificador


199

Codificación Lineal PredictivaCodificación Lineal Predictiva

# Un vocoder muy popular que reduce en forma importante la tasa de bits requeridos para transportar a una señal de voz es LPC (Linear Predictive Coding), este vocoder se basa en la historia reciente de la forma de onda de la voz y del empleo de un algoritmo que predice el valor de la muestra de entrada, la diferencia que existe entre el valor real y el predicho se le llama valor residual, el cual es codificado y transmitido.# LPC-10 es el estándar establecido por el Departamento de Defensa de los

Estados Unidos en 1977, en el se codifica a 2400 bps. Alrededor de este estándar existen otras aplicaciones operando a 4.8 kbps, por lo general solo se emplean en aplicaciones militares. A estas tasas tan bajas, la voz se escucha sumamente sintetizada y normalmente se requiere entrenamiento para el operador.

# Un vocoder muy popular que reduce en forma importante la tasa de bits requeridos para transportar a una señal de voz es LPC (Linear Predictive Coding), este vocoder se basa en la historia reciente de la forma de onda de la voz y del empleo de un algoritmo que predice el valor de la muestra de entrada, la diferencia que existe entre el valor real y el predicho se le llama valor residual, el cual es codificado y transmitido.# LPC-10 es el estándar establecido por el Departamento de Defensa de los

Estados Unidos en 1977, en el se codifica a 2400 bps. Alrededor de este estándar existen otras aplicaciones operando a 4.8 kbps, por lo general solo se emplean en aplicaciones militares. A estas tasas tan bajas, la voz se escucha sumamente sintetizada y normalmente se requiere entrenamiento para el operador.

Codificador

-Valor

residualPredictor

Muestras


200

Codificador VSELPCodificador VSELP

# VSELP (Vector-sum excited linear predictor), utilizado en IS-136 (IS-54) a una velocidad de 7.95 kbps.# En el paso 1 se digitaliza la señal con

PCM y se toman segmentos de voz digitalizada.# En el paso 2 estos segmentos son

procesados con DSP y se generan aproximaciones que contienen información acerca de:

• La energía de la señal• Frecuencia• Señal sonora/no-sonora

# En el paso 3 se genera un error residual entre la señal original y le reconstruida, este sirve para mejorar la calidad de voz en el receptor.# En el paso 4 se transmiten las

aproximaciones junto con los bits de error residual (coeficientes).

Señal OriginalSeñal Reconstruida

Error Residual

Codificadorde Voz

Se transmiten aproximaciones más el error residual

Segmento de vozdigitalizada


201

Sistemas celulares 2GSistemas celulares 2G

#IS-136 (TDMA)#GSM (TDMA)#IS-95 (CDMA)


202

Antecedentes a IS-54Antecedentes a IS-54

#El sistema AMPS no había sido diseñado para el gran crecimiento en el número de usuarios celulares en EUA.#Había que incrementar la capacidad pero el espectro

ya estaba asignado por la FCC: TDMA la respuesta.#El tamaño de la estación móvil se deseaba que fuera

más pequeño y económico.#Existía una gran base instalada de equipo AMPS y era

importante un sistema dual que permitiera una transición suave de un sistema a otro.

#El sistema AMPS no había sido diseñado para el gran crecimiento en el número de usuarios celulares en EUA.#Había que incrementar la capacidad pero el espectro

ya estaba asignado por la FCC: TDMA la respuesta.#El tamaño de la estación móvil se deseaba que fuera

más pequeño y económico.#Existía una gran base instalada de equipo AMPS y era

importante un sistema dual que permitiera una transición suave de un sistema a otro.


203

IS-54IS-54

# En 1989 la industria, por mayoría de voto, adoptó aspectos específicos del sistema dual.# En 1990 el comité TR45.3 de la EIA/TIA emitió el estándar

interino IS-54 para la nueva tecnología.# También se le conoce como:

• ADC: American Digital Cellular• USDC: United States Digital Celular• D-AMPS: Digital AMPS

#Otros estándares relacionados:• IS-55 Estación móvil de modo dual (Analógico-Digital)• IS-56 Especificaciones de la estación base

# En 1992 comienzan a implementarse los primeros sistemas.# En 1994 Iusacell lo introduce en México

# En 1989 la industria, por mayoría de voto, adoptó aspectos específicos del sistema dual.# En 1990 el comité TR45.3 de la EIA/TIA emitió el estándar

interino IS-54 para la nueva tecnología.# También se le conoce como:

• ADC: American Digital Cellular• USDC: United States Digital Celular• D-AMPS: Digital AMPS

#Otros estándares relacionados:• IS-55 Estación móvil de modo dual (Analógico-Digital)• IS-56 Especificaciones de la estación base

# En 1992 comienzan a implementarse los primeros sistemas.# En 1994 Iusacell lo introduce en México


204

Emisión del transmisor (FDMA)Emisión del transmisor (FDMA)

Frecuencia

Potenciade la señal

(Watts)

“Ancho de banda ocupado”

Máscara de emisióntípica regulada

Espectro de potencia FFSK

# El sistema AMPS designa 30 kHz de ancho de banda y de la gráfica observamos que no se ocupan de manera eficiente.# Esto es otro argumento para la implementación de IS-54.

# El sistema AMPS designa 30 kHz de ancho de banda y de la gráfica observamos que no se ocupan de manera eficiente.# Esto es otro argumento para la implementación de IS-54.


205

IS-136IS-136

# En la revisión IS-54 Rev. C no se implementan todas las capacidades de la red.# IS-136 es un nuevo estándar derivado de la especificación IS-54

y desarrollado para proporcionar características y servicios queposicionen a los operadores de sistemas celulares para la competencia de los servicios PCS.# En el estándar IS-136 se especifican servicios como:

• Servicios de mensajes cortos• Grupos de usuarios• Modo “sleep” que indica a los teléfonos compatibles para que ahorren

batería• Las terminales utilizan un canal de control de 48.6 kbps

# En la revisión IS-54 Rev. C no se implementan todas las capacidades de la red.# IS-136 es un nuevo estándar derivado de la especificación IS-54

y desarrollado para proporcionar características y servicios queposicionen a los operadores de sistemas celulares para la competencia de los servicios PCS.# En el estándar IS-136 se especifican servicios como:

• Servicios de mensajes cortos• Grupos de usuarios• Modo “sleep” que indica a los teléfonos compatibles para que ahorren

batería• Las terminales utilizan un canal de control de 48.6 kbps


206

Arquitectura de IS-136Arquitectura de IS-136

Hacia la:PSTNISDN

BS MSC

Um A

MS

HLRVLR

MSC:Mobile Switching CenterMS: Mobile StationBS: Base StationHLR: Home Locate RegisterVLR: Visitor Locate Register


207

Espectro utilizado en IS-136Espectro utilizado en IS-136

# Es el mismo espectro que se utiliza para el sistema AMPS.# La designación de canales es la misma

que para AMPS, dividida en dos grupos de 416 canales (uno para cada operador de los dos posibles).

SMR: Special Mobile Radio


(Forward)

824.04 MHz 849 MHz

869.04 MHz 894 MHz45 MHz

fr ff+

TxMS RxMS

30 kHz 30 kHz

Ch “x” duplex


208

Especificaciones del sistema IS-136Especificaciones del sistema IS-136

Parámetro Valor

Método de acceso TDMA/TDD; FDMA/FDDAncho de banda del sistema Bw 12.5 MHz (1, 10, 1.5 MHz)Ancho de banda por canal Bc 30 KHzNúmero de usuarios / canal de RF 3 ó 6Modulación π/4 DQPSK (8:1)Eficiencia de ancho de banda 1.62 b/s/HzCodificación de voz 7.95 kbps (3 usuarios)

3.975 kbps (6 usuarios)Método de codificación VSELP, EFRACELPVelocidad de modulación 48.6 kbpsVelocidad efectiva / usuario 16.2 kbps (3 usuarios)Frecuencia de operación 800 MHz ó 1.9 GHz


209

AMPS e IS-136AMPS e IS-136

# Existen muchas similitudes de funcionamiento entre el sistema AMPS y el IS-54.# El espectro utilizado es el mismo, la asignación de canales igual, el

ancho de banda por canal es también de 30 kHz.# Cuando un móvil habilitado para operar en el modo dual

analógico/digital inicia recibe mensajes que le indican si la celda que lo atiende tiene capacidad de asignar canales digitales.# Una de las características adicionales incluidas en el sistema IS-54

es:• MAHO (Mobile Assited Handoff): Está función habilita a las estaciones

móviles para realizar mediciones periódicas acerca de la calidad de la señal recibida y reportarlo a la estación base. También realiza la medición sobre canales adyacentes y con esta información asiste a la BS para realizar el hand-off.

# Existen muchas similitudes de funcionamiento entre el sistema AMPS y el IS-54.# El espectro utilizado es el mismo, la asignación de canales igual, el

ancho de banda por canal es también de 30 kHz.# Cuando un móvil habilitado para operar en el modo dual

analógico/digital inicia recibe mensajes que le indican si la celda que lo atiende tiene capacidad de asignar canales digitales.# Una de las características adicionales incluidas en el sistema IS-54

es:• MAHO (Mobile Assited Handoff): Está función habilita a las estaciones

móviles para realizar mediciones periódicas acerca de la calidad de la señal recibida y reportarlo a la estación base. También realiza la medición sobre canales adyacentes y con esta información asiste a la BS para realizar el hand-off.


210

Trama TDMA en IS-54Trama TDMA en IS-54

Forward

ReverseBS MSCMS

Trama = 40 ms = 1944 bits

1 2 3 4 5 6

6.6667 ms, 324 bits

25 tramas por segundo

1 2 3 4 5 6

1 2 3 4 5 6

Para sistemas TDMA-3 se asignan los time slot por parejas: 1&4, 2&5 y 3&6.

Para sistemas TDMA-6 cada time slot es para un usuario diferente.


211

Trama TDMA-3 en el sentido MS a BS (IS-54)Trama TDMA-3 en el sentido MS a BS (IS-54)

6 bits

324 bits (162 símbolos)


1 2 3 4 5 6

6.6667 ms, 324 bits

SYNCG DATAR SACCH CDVCCDATA DATA

6 16 28 122 12212 12

G: Guard timeR: Ramp timeDATA: Información de usuario o FACCHSYNC: Synchronitation and training

SACCH: Slow Asociated Control ChannelCDVCC: Coded Digital Verification Color Code (Equivalente al SAT en AMPS)


212

Trama TDMA-3 en el sentido BS a MS (IS-54)Trama TDMA-3 en el sentido BS a MS (IS-54)

28 bits

324 bits (162 símbolos)

1 2 3 4 5 6

6.6667 ms, 324 bits

SYNC SACCH CDVCC DATA

12 130 1212 130

DATA: Información de usuario o FACCHSYNC: Synchronitation and trainingRSVD: Reserved

SACCH: Slow Asociated Control ChannelCDVCC: Coded Digital Verification Color Code (Equivalente al SAT en AMPS)

RSVDDATA


213

Diagrama a bloques del MSDiagrama a bloques del MS

PCM +VSELP

ChannelCODEC π/4 DQPSK

Tx/Rx

Antena

MicrófonoFiltro Amplificador

RF

PCM +VSELP

ChannelCODEC π/4 DQPSK

Altavoz


214

Digitalización de voz en IS-54Digitalización de voz en IS-54

Micrófono

PCM 13 bits oPCM 8 bits Ley-µ

8000 muestras/seg

CODECVSELP

Filtro Pasabanda

300 - 3400 Hz

AD

ChannelCODEC

7.95 kbps

Al Modulador

Micrófono

PCM 13 bits oPCM 8 bits Ley-µ

8000 muestras/seg

CODECVSELP

Filtro Pasabajo4 kHz

DA

ChannelCODEC

7.95 kbps

Del Demodulador

VSELP: Vector-Sum Excited Linear Predictive Coding


215

Codificador de canal (Channel CODEC)Codificador de canal (Channel CODEC)VS

ELP

CO

DEC

Inte

rcal

ador

de 2

-TS

Voic

e C

iphe

rCodificadorconvolutivo

tasa 1/2260260

178

5 Bits de cola

Cálculo de7 bits de

CRC7

77

82

Bits clase 1

Bits clase 2


1 2 3 4 5 6

Trama devoz (260 bits)

Muestras “x” y “y”

Trama devoz (260 bits)

Muestras “y” y “z”

Si algún problema hace que se pierda información de una trama existe una parte de la información en la trama siguiente, permitiendo así una recuperación parcial de la voz.


216

Desarrollo de GSMDesarrollo de GSM

# GSM ( Global system for mobile communications)# Factores que fueron considerados en el desarrollo de GSM,

conocido como el sistema celular digital pan-europeo:• Unificación de la comunidad europea• Desregulación de le telefonía móvil: al menos dos operadores por país• Incentivación de un mercado mayor para los fabricantes• El sistema no debía estar basado en ninguna de las tecnologías

existentes• Exportación de tecnología y productos a países fuera de Europa• Espectro en la banda de 900 MHz reservado a lo largo de toda Europa• Limitaciones de capacidad de los sistemas analógicos existentes en los

países europeos# Otros factores del diseño

• GSM debía cubrir económicamente grandes áreas, territorios urbanos y suburbanos

• GSM debía operar correctamente a grandes velocidades (auto), para peatones en zonas urbanas con edificios, dentro de los edificios, estacionamientos, aeropuertos y estaciones.

# GSM ( Global system for mobile communications)# Factores que fueron considerados en el desarrollo de GSM,

conocido como el sistema celular digital pan-europeo:• Unificación de la comunidad europea• Desregulación de le telefonía móvil: al menos dos operadores por país• Incentivación de un mercado mayor para los fabricantes• El sistema no debía estar basado en ninguna de las tecnologías

existentes• Exportación de tecnología y productos a países fuera de Europa• Espectro en la banda de 900 MHz reservado a lo largo de toda Europa• Limitaciones de capacidad de los sistemas analógicos existentes en los

países europeos# Otros factores del diseño

• GSM debía cubrir económicamente grandes áreas, territorios urbanos y suburbanos

• GSM debía operar correctamente a grandes velocidades (auto), para peatones en zonas urbanas con edificios, dentro de los edificios, estacionamientos, aeropuertos y estaciones.


217

Historia de GSMHistoria de GSM

- 1982: CEPT comienza el desarrollo de GSM (Groupe Spéciale Mobile)- 1989: Se forma el ETSI y GSM se convierte en un comité técnico- 1990: Las especificaciones de GSM en la banda de 900 MHz también son

aplicadas al sistema Digital Cellular System en la banda de 1800 MHz (DCS-1800)

- 1991: Las Recomendaciones de GSM se encuentran muy avanzadas- 1992: Lanzamiento comercial de GSM en Europa (God Has Sent Mobiles)- 1993: GSM cuenta con 62 miembros en 39 países en todo el mundo. Además

32 miembros más potenciales en otros 19 países- 1993: GSM cuenta con cerca de un millón de usuarios, el 80% de ellos en

Alemania- 1993: Primeros servicios comerciales fuera de Europa: Australia, Hong Kong,

Nueva Zelanda.- 1993: GSM cuenta con redes operando en Dinamarca, Finlandia, Francia,

Grecia, Irlanda, Italia, Luxemburgo, Noruega, Portugal, Suecia, Suiza y UK.

- 1994:Otros países con planes para GSM: Andorra, Austria, Bélgica, Brunei, Camerún, Cipre, Estonia, Islandia, Irán, Kuwait, Latvia, Malasia, Holanda, Pakistán, Qatar, Singapur, Sudáfrica, España, Siria, Tailandia, Turquía, Emiratos Arabes, entre otros.


218

Arquitectura de GSMArquitectura de GSM

Hacia la:PSTNISDN

BST

BSC

GMSC

Um A-bis A

MS + SIM

HLR

VLR

AC

EIR

SS7GSM MAP

SS7 OMC

AC: Authentification CenterEIR: Equpment ID RegisterGMSC: Gateway Mobile Switching CenterOMC: Operation & Maintenance CenterBSC: Base Station ControllerBTS: Base Station, Base Station TransceiverSIM: Subscriber Identity ModuleHLR: Home Locate RegisterVLR: Visitor Locate Register


219

SIM (Subscriber Identity Module)SIM (Subscriber Identity Module)

# El SIM es una tarjeta inteligente que se inserta en el MS y almacena información como:

• El identificador del MS (IMSI)• Números telefónicos• Número de identificación personal (PIN)• Parámetros de seguridad y autentificación• Mensajes cortos recibidos

# El SIM es una tarjeta inteligente que se inserta en el MS y almacena información como:

• El identificador del MS (IMSI)• Números telefónicos• Número de identificación personal (PIN)• Parámetros de seguridad y autentificación• Mensajes cortos recibidos

3 dígitos Hasta 10 dígitos

Mobile CountryCode (MCC)

Mobile Subscriber IdentificationCode (MSIC)

Mobile NetworkCode (MNC)

2 dígitos

IMSI (International mobile subscriber identification), hasta 15 dígitos

SIM


220

Nokia 9000 para GSMNokia 9000 para GSM

# Preparado para GSM y PCN, con todas las funciones del celular digital NOKIA 2110. # Dispositivo versátil para mensajes:

• Faxes• e-mails• Menssajes cortos

# Terminal de acceso portátil• Acceso a Internet para WWW y

telnet• Emulación de terminal VT100

# Organizador personal compacto• Libreta de direcciones• Agenda y calendario• Organizador de tareas• Editor de notas• Calculadora y reloj mundial

# Preparado para GSM y PCN, con todas las funciones del celular digital NOKIA 2110. # Dispositivo versátil para mensajes:

• Faxes• e-mails• Menssajes cortos

# Terminal de acceso portátil• Acceso a Internet para WWW y

telnet• Emulación de terminal VT100

# Organizador personal compacto• Libreta de direcciones• Agenda y calendario• Organizador de tareas• Editor de notas• Calculadora y reloj mundial


221

Espectro utilizado en GSMEspectro utilizado en GSM

125 Canales MS-BS(Uplink)

125 Canales BS-MS(Downlink)

890 MHz 915 MHz

935 MHz 960 MHz45 MHz

25 MHz

# Se tienen en total 50 MHz asignados para GSM.# 125 canales full duplex de 200 kHz c/u. Se numeran del 0 al 124 y el canal

0 no se utiliza y se reserva como guarda.# Existen otras versiones de GSM que cuyo mayor cambio es el rango de

frecuencias que utilizan:• E-GSM: Se agregaron 50 canales (10 MHz) extras para cada sentido.• DCS-1800: Es una versión implementada en UK también conocida como PCN.

Utiliza las bandas de 1710-1785 para el uplink y 1805 - 1880 para el downlink. Haciendo un total de 374 canales de 200 kHz.

• DCS-1900 o PCS-1900: Es la versión de GSM implementada en EUA en la banda de 1900 MHz.

# Se tienen en total 50 MHz asignados para GSM.# 125 canales full duplex de 200 kHz c/u. Se numeran del 0 al 124 y el canal

0 no se utiliza y se reserva como guarda.# Existen otras versiones de GSM que cuyo mayor cambio es el rango de

frecuencias que utilizan:• E-GSM: Se agregaron 50 canales (10 MHz) extras para cada sentido.• DCS-1800: Es una versión implementada en UK también conocida como PCN.

Utiliza las bandas de 1710-1785 para el uplink y 1805 - 1880 para el downlink. Haciendo un total de 374 canales de 200 kHz.

• DCS-1900 o PCS-1900: Es la versión de GSM implementada en EUA en la banda de 1900 MHz.


222

Especificaciones técnicas de GSMEspecificaciones técnicas de GSM

Parámetro Valor

Ancho de banda del sistema Bw 50 MHzAncho de banda por canal Bc 200 KHzMétodo de acceso TDMANúmero de usuarios / canal de RF 8Velocidad de modulación 270.833 kbpsVelocidad efectiva / usuario 33.854 kbpsModulación GMSK BT=0.3Eficiencia de ancho de banda 1.35 b/s/HzCodificación de voz 13 kbps, RPE-LPCCodificación de voz + FEC 22.8 kbpsSaltos de frecuencia (FH) 217 hop/sDTX y VAD SiMáximo radio de celda 35 kmFrecuencia de operación 900, 1800 y 1900 MHz

DTX: Discontinuous TransmissionVAD: Voice Activity DetectionRPE-LPC: Regular-Pulse Excitation/Linear Predictive Coding


223

Trama TDMA en GSMTrama TDMA en GSM

Downlink

UplinkBST BSCMS + SIM

0 1 2 3 4 5 6 7

Trama = 4.615 ms

576.92 µs, 156.25 bits

TB GPEncrypted Data S TrainingSequence S

3 57 261 31 8.25 bits

Ráfaga normal (Normal Burst)

156.25 bits

TBEncrypted Data

57


224

Desfasamiento entre UL y DLDesfasamiento entre UL y DL

Downlink

UplinkBST BSCMS + SIM

2 3 4 5 6 7 0 10 1 2 3

7 0 1 2 3 4 5 65 6 7 0

Downlink

Uplink

# La transmisión en el sentido BST a MS se encuentra desfazada 3 time slots con respecto a la transmisión en el sentido MS a BST.# Esto permite que el MS no requiera de duplexores para trasnmitir y recibir

al mismo tiempo. Es una aplicación de la técnica TDD, sin embargo, en GSM se utiliza una banda de frecuencias para Tx y otra para Rx.

# La transmisión en el sentido BST a MS se encuentra desfazada 3 time slots con respecto a la transmisión en el sentido MS a BST.# Esto permite que el MS no requiera de duplexores para trasnmitir y recibir

al mismo tiempo. Es una aplicación de la técnica TDD, sin embargo, en GSM se utiliza una banda de frecuencias para Tx y otra para Rx.


225

IS-95IS-95

# El estándar IS-95 A fue adoptado formalmente en diciembre de 1993.# Este estándar norteamericano propuesto por QUALCOMM utiliza la

tecnología CDMA (Code division multiple access).# El uso de esta tecnología proporciona un uso más eficiente del

espectro y se presenta como una solución para:• La segunda generación de sistemas celulares• Telefonía inalámbrica (WLL)• Sistemas de comunicación personal (PCS)

# CDMA optimiza el uso de potencia permitiendo terminales más ligeras, económicas y con mayor vida de batería.# También optimiza el uso de los enlaces disminuyendo el número de

estaciones bases para dar cobertura a una cierta área con buen grado de servicio.# CDMA ha demostrado un incremento de capacidad sobre AMPS de

cuando menos un factor de 10 veces.

# El estándar IS-95 A fue adoptado formalmente en diciembre de 1993.# Este estándar norteamericano propuesto por QUALCOMM utiliza la

tecnología CDMA (Code division multiple access).# El uso de esta tecnología proporciona un uso más eficiente del

espectro y se presenta como una solución para:• La segunda generación de sistemas celulares• Telefonía inalámbrica (WLL)• Sistemas de comunicación personal (PCS)

# CDMA optimiza el uso de potencia permitiendo terminales más ligeras, económicas y con mayor vida de batería.# También optimiza el uso de los enlaces disminuyendo el número de

estaciones bases para dar cobertura a una cierta área con buen grado de servicio.# CDMA ha demostrado un incremento de capacidad sobre AMPS de

cuando menos un factor de 10 veces.


226

Servicios CDMAServicios CDMA

Servicios NCDMA WCDMABanda Angosta Banda Ancha

Voz Si SiDatos Si SiVoz y datos mixtos Si SiVideo -- SiVoz, datos y video mixtos -- SiMensajes cortos Si Si


227

Sistema CDMA IS-95Sistema CDMA IS-95

# Diagrama a bloques simplificado del sistema CDMA IS-95# Diagrama a bloques simplificado del sistema CDMA IS-95

PCM(A/D) Vocoder Codificación

& Entrelazado

ModulaciónDS-SS

Generador de Código *

Información + EC

Código

Antena

EC: Error ControlDS-SS: Direct Sequence Spread SpectrumPCM: Pulse Code Modulation

* Enlace de bajada (ForwardLink): Código Ortogonal* Enlace de subida (Reverse Link): Código PN largo (LongPN Code)


228

Codificación de Voz en IS-95Codificación de Voz en IS-95

Micrófono

PCM 13 bits8000 muestras/seg

CODECIS-96B

Filtro Pasabanda

300 - 3400 Hz

AD

104 kbps 8 kbps

# En CDMA se utilizan Vocoders de velocidad variable.# Estándares de codificación de voz en IS-95:

• IS-96B : 8 kbps variable• IS-733 : 13 kbps variable• IS-127: 8 kbps variable (EVRC)

# En CDMA se utilizan Vocoders de velocidad variable.# Estándares de codificación de voz en IS-95:

• IS-96B : 8 kbps variable• IS-733 : 13 kbps variable• IS-127: 8 kbps variable (EVRC)

EVRC: Enhaced Variable Rate Coding


229

Codificación & Entrelazado en IS-95 (1)Codificación & Entrelazado en IS-95 (1)

11 00 11 00

111111 000000 111111 000000

111111 0??0?? ??1??1 000000

Mensaje Original

Mensaje Codificado paraTx

Mensaje Recibido

111000111000

# La codificación se utiliza para proteger a la señal en su viaje a través del medio.# Esta tarea se realiza mediante la “duplicación” de la información original

mediante códigos convolucionales de tal forma que si existe alguna ráfaga de errores no se destruya el mensaje original.# Esto aumenta el ancho de banda requerido. EN IS-95 se utilizan tasa de

códigos convolucionales de 1/2 y 3/4.

# La codificación se utiliza para proteger a la señal en su viaje a través del medio.# Esta tarea se realiza mediante la “duplicación” de la información original

mediante códigos convolucionales de tal forma que si existe alguna ráfaga de errores no se destruya el mensaje original.# Esto aumenta el ancho de banda requerido. EN IS-95 se utilizan tasa de

códigos convolucionales de 1/2 y 3/4.


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