Tecnologías celulares

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Comunicaciones Inalámbricas“Telefonía Celular”

Presentación

Gian Paolo BerardiIngeniero de Aplicaciones

Grupo Prod&Khym S.A

Versión 1.182012


Temas

• Antecedentes

• Etapas de un Sistema de Comunicación

• Modos de Transmisión

• Topología de un Sistema Celular

• Estándares Inalámbricos

• Características del sistema 1G

• Sistemas de 2G y 2.5G Basados en el Acceso TDMA

• Sistemas 2G y 3G Basados en el Acceso CDMA

• Sistema 4G Basado en el tipo de Acceso OFDM


Antecedentes – Comunicación

Por naturaleza el ser humano es un ente social que requiere comunicarse por

razones sociales, culturales, profesionales, científicas, negocios, etc.

Difícilmente se puede negar el papel definitivo que las comunicaciones juegan

en el desarrollo de una Nación.


Receptor (Rx)

InformaciónInformación

Interferencia

Etapas de un Sistema de Comunicación

Canal de Comunicación

Transmisor (Tx)

El objetivo en un sistema de comunicación es llevar la información de un punto a otro, a través de un canalde comunicación. El transmisor se encarga de adaptar la señal de información para que pueda viajar por el canal decomunicación bajo la presencia de interferencia y, la función del receptor es la de recuperar la información que hasido afectada por la interferencia para después regresar la a su estado original (voz, datos, video, etc.).


Topología de un Sistema Celular

Radio Base(Base Transceiver Station - BTS)

Celular(Mobile Station - MS)

(User Equipment – UE)

Sectorización de Radio Base (BTS)

Antena con N1-esimos Canales



La estructura de la red celular esta formada básicamentepor una Radio Base (BTS) y un Celular (MS); la comunicaciónde la Radio Base al Celular se llama “DownLink” y delCelular a la Radio Base se denomina “UpLink”.

La Radio Base cuenta con sectores los cuales tieneun número definido de canales, estos permitiránestablecer la comunicación entre los diferentessubscriptores que se encuentren en el área decobertura.


Topología de Sistema Celular Continuación . . . . . . .

BSC: Sección de una red de telefonía celular tradicional, responsable del manejo del tráfico y de señalización entre un teléfono móvil y la PSTN.PSTN: Es el punto de acceso para todo el tráfico de voz y datos de telefonía celular y convencional (telefonía fija).

BTS3 BTS1

BTS2

101101 100100 110101

E1/T1

E1/T1

E1/T1

E1/T1

BSCBase Station

Controller

PSTNPublic Switched

Telephone Network

MS1MS3

MS2

BTS: Base Station Transceiver System.MS: Mobile Station.

La comunicación que se transmite o recibe entre el Celular y la Radio Base (BTS) pasa a través de un Controlador(BSC) la cual agrupa la información de varias BTS y es transmitida/recibida hacia/de la Central Telefónica (PSTN).


Estándares Celulares1 G 2G 3G

AMPS: Advance Mobile Phone ServiceGSM: Global System for Mobile CommunicationGPRS: General Packet Radio Services EGPRS: Enhance General Packet Radio ServiceCDMA: Code Division Multiple AccessCDMA2000 1xRTT: CDMA – Radio Transmission TechnologyCDMA2000 1xEVDO: CDMA – Evolution Data Only

UMTS: Universal Mobile Telecommunication SystemWCDMA: Wide Code Division Multiple AccessHSDPA: High Speed Download Packet AccessHSUPA: High Speed Upload Packet AccessHSPA: High Speed Packet AccessLTE: Long Term EvolutionWiMAX: Worldwide Interoperability for Microwave Access

IS-136TDMA

GSM

IS-95ACDMAone

2.5G

UMTSWCDMA

CDMA2000 1xRTT

GPRS

EGPRS

IS-95B

AMPS

NMT

TACS

C-Netz

3.9G /4G3.5G

HSDPA

HSUPA

CDMA2000 1xEVDO

LTE

HSPA+

WiMAX


1era Generación (1G) de Telefonía Celular Entre 1970 y 1980 las primeras generaciones de redes celulares fueron

desarrolladas e implementadas, en términos muy generales los sistemas eran muy similares, sin embargo no se tenía compatibilidad entre ellos.

Algunos de los estándares eran: AMPS: Advance Mobile Phone Service (USA) – Empleando la banda celular en 800 MHz

NMT: Nordic Mobile Telephone (Escandinavia)

TACS: Total Access Communication System (Gran Bretaña)

C-Netz: C Network (Alemania)

Radiocomm 2000 (Francia)

SIP (Italia)

NTT: Nippon Telephone & Telegraph (Japón)

Características del sistema 1G Acceso Múltiple por División de Frecuencia (FDMA)

Modulación Analogía (AM/FM)

Parcialmente Analógico y Digital (para Señalización)

Baja capacidad para transmisión de datos

Sistema con baja confidencialidad en la comunicación

1G


Acceso Múltiple por División de Frecuencia (FDMA)

Información

Rx3

Rx2

Rx1

Canal 1

Canal 2

Canal 3Tx3

Tx2

Tx1

El tipo de acceso empleado en la 1era

Generación celular es FDMA, dondecada usuario transmite y recibe suinformación en una frecuenciaasignada.


2.5G1G 2G

Esquemas 2G - Basados en un sistema digital TDMA(IS-136 y GSM/GPRS/EGPRS)

GSM → Global System for Mobile Communication

Bandas de Frecuencia: 850, 900, 1800 y 1900 MHz

Modulación: GMSK (BT = 0.3)

Ancho de Banda: 200 KHz

Taza de Tx: 270.833 Kbps (GSM), ≈ 158 Kbps (GPRS), ≈ 474 (EGPRS)

Taza de Tx (por Slot): ≈13.2Kbps(GSM), 9.0 a 21.4Kbps(GPRS), 8.8 a 59.21Kbps(EGPRS)

Número de Ranuras: 8 ranuras (Time Slots)

IS-136 → TDMA

Bandas de Frecuencia: 850 y 1900 MHz

Modulación: π/4 DQPSK

Ancho de Banda: 30KHz

Taza de Tx: 48.6 Kbps

Taza de Tx (Datos/Voz): ≈ 9.6 Kbps

Número de Ranuras: 6 ranuras (Time Slots)


Acceso Múltiple por División de Tiempo (TDMA)

Tx3

Tx2

Rx3

Rx2

Tx1Rx1

Canal

Información

t1t2t3t4t5t6

Algunos estándares de 2nda generación, comoGSM/GRPS/EGPRS, etc. emplean el tipo deacceso TDMA, donde varios usuarioscomparten una frecuencia, pero transmitenen tiempos diferidos, a estos intervalos se lesconoce como ranuras de tiempo (Time Slot).


Sistema GSM (2G ) Conmutación de Circuitos Basado en TDMA


Celulares(Mobile Station - MS)

MS3

MS3

MS2

MS1

MS1

MS2

GSM - Segunda Generación (2G)Basado en el Tipo de Acceso TDMA

(Time Division Multiple Access)

Ranuras de Tiempo(Time Slot)

Ranuras de Tiempo(Time Slot)

1231238 8 5757 4646

En GSM/GRPS/EGPRS, que son estándares de 2nda

generación, los subscriptores pueden compartiruna misma frecuencia, pero la Radio Base lesasigna una ranura de tiempo (Time Slot) para evitarinterferencias entre si.

Canal 1 (Frecuencia 1 – Tiempo Ranurado)


3G1G 2G

Esquemas 2G y 3G- Basados en CDMA(CDMA y WCDMA)

CDMA → IS-95/CDMA2000

Bandas de Frecuencia: 850 y 1900

Modulación: QPSK (DL) & OQPSK (UL)

Ancho de Banda: ≈ 1.25 MHz

Taza de Tx: 1.23 Mcps (CDMAone & CDMA2000 1xRTT)

Taza de Tx (Datos/Voz): 9.6 /14.4 Kbps (CDMAone), 9.6 a 307.2 Kbps (CDMA2000 1xRTT)

Número de Códigos: 64 Códigos Ortogonales Walsh

WCDMA → Wide-CDMA

Bandas de Frecuencia: I (1.9-2.1), II (1.8 -1.9), III (1.7-1.8), IV (1.72.1), V (800)y VI (850)

Modulación: QPSK (DL) y BPSK(UL)

Ancho de Banda: ≈ 5 MHz

Taza de Tx: 3.85 Mcps

Taza de Tx (Datos/Voz): 384 Kbps (móvil) a 2 Mbps (Fijo)

Número de Códigos: 4 a 256 (UL) / 4 a 512 (DL) OVSF

Orthogonal Variable Spreding Factor


Tx3

Tx2

Rx3

Rx2

Tx1 Rx1Canal

Información

Acceso Múltiple por División de Código (CDMA)

Otra modalidad empleada en esquemas de2nda y 3era Generación es usar el tipo deacceso CDMA, donde varios subscriptorestransmiten en la misma frecuencia y al mismotiempo, pero con códigos diferentes, quesolamente pueden ser decodificados por elusuario final correspondiente.


Sistema de CDMA/WCDMA



MS3

MS3

MS2

MS1

MS1

MS2

CDMA/WCDMA – 2da y 3era Generación (2G y 3G)Basado en el Tipo de Acceso CDMA

(Code Division Multiple Access)

Canal 1 (Frecuencia 1 – Tiempo 1)

Dominio del Código(Code Domain)

0 . . . . . 10 . . . . . . . . . . . . 20 . . . . . . . . . . . . 50 . . . . .

En los esquemas de CDMA/WCDMA(estándares de 2G y 3G) los usuarioscomparten frecuencia y pueden transmitirsimultáneamente sin que haya interferenciaentre ellos, esto se logra asignándole a cadasubscriptor un código diferente (códigoortogonal). La herramienta gráfica llamadaDominio del Código nos permite identificaren que código se encuentra cada usuario.


4G3G1G 2G

Esquemas 4G- Basados en OFDM(LTE y WiMAX)

LTE → Long Term Evolution

Bandas de Frecuencia: 700, 800, 850, 900, 1700, 1800, 1900, 2100, 2600 MHz

Modulación: 2x2 MIMO - QPSK(DL) & 16 QAM(UL)

4x4 MIMO - QPSK(DL) & 64 QAM (UL)

Ancho de Banda: ≤ 20 MHz

Taza de Tx: 173 Mbps (DL – 2x2 MIMO) / 58 Mbps (UL – 2x2 MIMO)

326 Mbps (DL – 4x4 MIMO) / 86 Mbps (UL – 4x4 MIMO)

Tipo de Acceso: OFDM / MIMO


Basic Channel Access Modes• La técnica de Múltiples Antenas es fundamental para LTE y WiMAX.


OFDM – Orthogonal Frequency Division Multiplexing

A1A2A3A4

A1

A2

A3

A4

Buffer

A1

A2

A3

A4

A1

A2

A3

A4

Buffer A1A2A3A4

Emplear la técnica de OFDM permite que cada símbolo/Bit sea modulado en una frecuencia(Frecuencias Ortogonales) y el espectro total será la contribución de cada una de las portadoras quemodulan al símbolo/Bit.

B1B2B3B4

B1

B2

B3

B4

B1

B2

B3

B4

B1

B2

B3

B4

B1B2B3B4

f1

f2

f3

f4


LTE – Long Term Evolution – 4GWiMAX – 4G



Canal 1 Canal 2 Canal 3

MS3

MS2

MS3

MS2

MS1

Esta generación de comunicación inalámbrica emplea untipo de acceso OFDM, donde una terminal/celular divide suinformación (Símbolos) y la transmite en frecuenciasortogonales para reducir la interferencia entre símbolos porretraso por múltiples trayectorias.

LTE – 4ta Generación (4G)Basado en el Tipo de Acceso OFDM

(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

MS2 (OFDM-2)

MS1 (OFDM-1)

MS3 (OFDM-3)


Multiples usuarios transmiten al mismo tiempo y son diferenciados por medio de la ortogonalidad de frecuencia.

-15 -10 -5 0 5 10 15-0.4

-0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Frecuencia

Subportadoras(Freq)

Symb

ols (Tim

e)

Usuario 1 Usurario 2

Usuario 3 Usuario 4

OFDM – Orthogonal Frequency Division Multiplexing


Agilent goes to Hollywood!

You can be the next Tony Stark



……or the next Black Widow






Muchas Gracias!