Sistemas de telefonía celular (1)

SISTEMAS DE TELEFONÍA
CELULAR

SISTEMAS DE TELEFONÍA CELULAR
• Introducción
• Efectos de la concentración de enlaces
• Sistemas de radiotelefonia publica celular
• Sistemas de TMA celular digital
• Servicio y facilidades del sistema GSM
• Arquitectura funcional e interfaces de un
sistema GSM
• Protocolos de capa uno, dos y tres de sistema
GSM

INTRODUCCION
• Surgimiento y desarrollo
• Clases de servicio
• Servicio Móvil terrestre
• Composición y estructura de un sistema móvil
• Clasificación de servicios por bandas de
frecuencia
• Sistema cerrado de radiofonía

Surgimiento y desarrollo
• En la década del 20 (1920) se utilizo la
radiocomunicación en vehículos de la policía.
• En 1921 se puso en funcionamiento el primer
sistema de radiocomunicación terrestre del
Dpto de policía de Detroit (solamente recibía).
• En 1934, 194 sistemas de radio policial
municipal y 58 estaciones de policía habían
adoptado sistemas de comunicaciones
móviles en AM para la seguridad en EU.

• En 1935 Edwin Armstrong demostró por
primera vez la modulación FM y desde finales
de los 30, se constituye en la primera técnica
de modulación usada por los sistemas de
comunicación móvil en todo el mundo.
• Años 30. El número de usuarios móviles ascendió
de varios de miles a 86000 y en 1962 ya habían
alrededor de 1.4 millones de usuarios.

• Los primeros sistemas de telefonía FM push to talk
usaban 120KHz de B RF en modo half duplex
(solamente una persona puede hablar a la vez).
• 1940 La II Guerra Mundial aceleró el mejoramiento
de las capacidades de miniaturización y manufactura.
• 1950 La FCC (Federal Communications Commission)
dobló el número de canales de telefonía móvil.
Eso permitió que el B fuera reducido a 60KHz.

• Entre los años 50 y 60 El trunking automático se
introduce e implementa bajo la marca IMTS
(Improved Mobile Telephone Service).
– Con IMTS, las cías de telefonía comenzaron
ofreciendo sistemas full duplex, autodial y auto
trunking.
– IMTS rápidamente logró saturar los mercados.
– Actualmente está en uso en EU, pero es
espectralmente ineficiente frente a los sistemas
celulares en EU.

• Bell Laboratories desarrolló el concepto
celular en los años 60 y 70.
• En 1968 AT&T propuso el concepto de sistema
móvil celular a la FCC, a pesar que la
tecnología no estuvo disponible para
implementar la telefonía celular sino hasta
finales de los 70.

• Con el desarrollo de confiabilidad,
miniaturización, hardware de radiofrecuencia
en estado sólido en los 70, la era de las
comunicaciones inalámbricas había nacido.
• Sobre el año 71 la Bell System efectúa las
primeras pruebas de un sistema celular, el
AMPS (Advanced Mobile Phone Systems) en
Chicago, donde un sistema operacional se
instalo en 1978.

• En 1981, en los países nórdicos de Europa se
puso en operación el sistema NMT-450 (Nordic
Movile Telecommunications).
• En 1983 La FCC finalmente asignó 666 canales
duplex (40MHz de espectro, en la banda de
los 800MHz, cada canal con ancho de banda
de 30KHz) para el Sistema de Telefonía Móvil
Avanzado (AMPS).

• AMPS fue el primer sistema de telefonía celular
de EU, y fue desplegado a finales de 1983 por
Ameritech en Chicago.
• En 1984 se extendió a toda América del Norte.
• En 1985 el TACS-900 (Total Access Communications
Systems) entro en operación en Europa
• En 1989 la FCC cedió 166 canales adicionales (10
MHZ) a proveedores del servicio celular de EU
para acomodar su rápido crecimiento y demanda.

• A principio de los 90 un nuevo servicio
especializado de radio móvil (SMR) fue
desarrollado para competir con los carriers de
radio celular de EU.
• En 1991 Investigaciones estimaron:
– entre 25 y 40 millones de teléfonos cordless
usados en EU.
– El número de usuarios de telefonía móvil creció de
250000 en 1984 a 16 millones en 1994.

• A finales de este año el primer hardware de
sistema celular digital de EU fue instalado en las
principales ciudades de este país (USDC).
• El standard de USDC, IS-54 (Electronic Industry
Association Interim Standard) permite a los
operadores celulares reemplazar parte de los
canales análogos de un solo usuario, con canales
digitales los cuales soportan 3 usuarios en los
mismos 30 KHZ de ancho de banda.

• A principio de 1995, nuevas licencias de Servicio
de Comunicaciones Personales PCS en la banda
de 1800/1900 MHz fueron subastadas por el
gobierno de EU a los proveedores de sistemas
inalámbricos.
• Con el bom en las aplicaciones cordless y radio CB
tales como sistemas abre garajes y teléfonos, el
número de usuarios fue alrededor de 100
millones, el 37% de la población de EU.

• Desde los 90 los servicios inalámbricos han
estado experimentando el crecimiento de
usuarios en un 50% por año.
• Desde entonces tres sistemas de telefonía
celular digital están implementados:
1. El sistema Pan – europeo, conocido por GSM;
2. El sistema celular digital americano (D-AMPS) y
3. El sistema celular digital japonés o asiático (PDC).

• En los años de la primera década del 2000
desarrollo de Los sistemas personales
PCN/DCN-1800
• UMTS (Sistema Universales de
Comunicaciones Móviles)

Clases de servicio
• Servicio Móvil terrestre
• Servicio móvil marítimo
• Servicio móvil aeronáutico

SERVICIO MOVIL TERRESTRE
1. Sistemas de radiotelefonía privada
PMR(Private Mobile Radio)
– De cobertura básicamente local sin conexión a la
red publica conmutada
• Sistema con acceso rígido de canales
• Sistema con multiacceso (Trunking) Concentración de
enlaces –basados en la compartición de frecuencias-
puede ser analógico o digital

2. Sistemas de Telefonía Móvil Automática TMA
– Prestan servicios a abonados móviles
– Cobertura desde una nación a continentes enteros
– Explotación automática
– Caracterizado por fiabilidad, disponibilidad y
calidad similar al servicio telefónico convencional

2. Sistemas de Telefonía Móvil Automática TMA
• Sistemas Analógicos celulares: Utilizan
sistemas de multiacceso por división de
frecuencia (FMDA)
• Sistemas digitales celulares: Utilizan sistemas
de multiacceso por división de tiempo(TDMA)
y por distribución de código(CDMA).

3. Sistemas de radiomensajería o radio
búsqueda
• Con suministro de información de alerta por
tonos, mensajes orales o en forma
alfanumérica para su lectura en pantalla.
• Los 1ros en 1960 y los de pantalla y
almacenamiento de mensajes en 1980

búsqueda
– Cuentan con más de 80 milones de usuarios.
– En Europa se desarrolla desde 1986 y aprueba en
1992 el ERMES(European Radio Message System)
• Objetivos
– Estructura Común Europea
– Formato de codificación común de gran capacidad
– Alta velocidad que maximice eficiencia de transmisión
– Adopción de especificaciones comunes

búsqueda
– En octubre del 94 la compañía Infomobile lanzo el
1er servicio basado en este estándar, se han
seguido lanzando nuevas ofertas del mismo.
– Viene en proceso de ampliar su mercado más allá
de ciertos profesionales:
• 1993 Suecia, excluye los controles de conexión, las
cuotas de pago, solo se cobra la llamada telefónica
• Integración de radiomensajería y telefono celular.

búsqueda
– El mercado se ha segmentado en:
• Productos y servicios simples y de bajo costo dirigidos
hacia el mercado de consumo.
• Servicios de mayor costo, dirigido hacia el mercado de
los negocios

COMPOSICION Y ESTRUCTURA
• Estaciones Fijas
• Estaciones móviles(MS)
• Equipos de control.
Estaciones fijas: Es una estación no prevista
para utilización en movimiento. Algunas son:
– Estación Base(BS)
– Estación de control
– Estación Repetidora(RS)

• Estación Base(BS)
– Estaciones Fijas con equipos transmisores y
receptores que prestan cobertura radioeléctrica a
las áreas de servicio
– Su funcionamiento se controla desde una Unidad
de Control situada en un punto de control
especificado
• Control local(in situ)
• Control remoto(desde otra estación): mediante línea
telefónica o radioenlace.

• Estación de control
– Son estaciones Fijas cuyas transmisiones se
utilizan para controlar automáticamente el
funcionamiento de otras estaciones de radio base
(BS)
– Controlan una BS o una repetidora (RS)
• Estación Repetidora(RS)
– Son estaciones fijas que transmiten las señales
recibidas y permiten la extensión del área de
cobertura

• Estaciones móviles(MS)
– Es una estación prevista para utilización desde un
vehículo o persona
– Incluye equipos portátiles y personales

• Equipos de control.
– El conjunto de equipos de control lo forman los
dispositivos necesarios para el gobierno de las
estaciones de base, la generación y recepción de
llamadas, localización e identificación de vehículos,
transferencia de llamadas a red telefónica privada,
señalización de canales, etc.
– En las comunicaciones móviles de datos se incluyen
aquí los terminales de datos (pantallas,
impresoras), así como miniordenadores y
controladores

• En Sistemas de radiocomunicaciones móviles
existen dos tipos de enlace:
– Sentido base – móvil
– Sentido movil-base
• Determina la cobertura el menor de los
dos(generalmente móvil-base)

• La calidad de la cobertura de la red viene dada
por:
– El grado de movilidad del terminal móvil
– La variabilidad del trayecto: únicamente puede
hablarse de cobertura en sentido estadístico.

• Porcentaje de emplazamientos (zonal y
perimetral) : Definido por el porcentaje de lugares
donde existe el radioenlace.
– Cobertura Zonal(se refiere a toda el área en torno a
la estación)
– Cobertura perimetral(Zona anular situada en el
perímetro de la cobertura)
• Porcentaje de tiempo: Definido por el porcentaje
de tiempo que existirá el radioenlace.

• Ejemplo: Supóngase una red de
comunicaciones móviles en la que se desea
una cobertura omnidireccional, en torno a la
estación base, con un radio de 10 Km, con el
siguiente objetivo de calidad de cobertura:
– Perimetral 90% de los emplazamientos
– Durante el 95% de tiempo

CLASIFICACION DE LOS
S.R.MOVILES
• Por banda de frecuencias utilizada
– Banda VHF:
• Baja(25-50 MHz)
• Alta(150-162 MHz)
– Banda Estrecha: (220-222 MHz)
– Banda UHF:
• Baja(450-479 MHz)
• Alta(806-941 MHz)
– Banda de microondas(1-2 GHz)

CLASIFICACION DE LOS
S.R.MOVILES
• Por modalidad de explotación
– Simples
– Semiduplex
– Duplex
• Por tipo de sistema de control
– C. Local
– C. remoto

SISTEMAS CERRADOS DE
RADIOFONIA
• Generalidades
• Tipos de sistemas, modulación y canalización
• Sistemas troncales
• Grado de Servicio (GOS)
• Ingeniería de la estación base

RADIOFONIA
Generalidades
• Los sistemas cerrados de radiofonía ocupan
alrededor de 41 MHz de espectro de
frecuencia en los rangos de:
– 25 a 50 MHz (banda baja de VHF),
– 150 a 162 MHz (Banda alta de VHF) y
– 450 a 470 MHz (Banda baja de UHF)

RADIOFONIA
Clasificación actual de N. A de servicios terrestres:
– Servicio de radio para la seguridad publica
(ambulancias, hospitales, bomberos, guardabosques y
atención a desastres)
– Servicios de radios industriales(mantenimiento de
telefonía, industrias, fabricantes, etc)
– Servicios de radio para transporte
terrestre(ferrocarriles, flotas de camiones, autos, taxis,
motos y emergencia de autos)
– Servicios públicos domésticos, frecuencias a los
enlaces rurales y urbanos públicos o ciudadanos.

RADIOFONIA
Tipos de sistemas, modulación y canalización
• Tipos de sistemas PMR(Private Mobile Radio)
– Convencionales
– Por concentración de enlaces(trunking) Troncales

Tipos de sistemas, modulación y
canalización
• Convencionales
– Son más utilizados
– Son aquellos sistemas que poseen asignación fija
de canal
• Por concentración de enlaces(trunking)
Troncales
– Aquellos que poseen multiacceso automático a un
grupo de canales componiendo la base de los
modernos sistemas PMR y de la telefonía celular

RADIOFONIA
• Sistemas PMR(Private Mobile Radio)
– Se usa la modulación de frecuencia en banda
estrecha, con preacentuación-desacentuación de
6 dB/octava con respecto a una frecuencia de
referencia de 1000 Hz. Frecuencia maxima de
audio 3000 Hz

RADIOFONIA
• CANALIZACIÓN
• Normal
• Estrecha
Canalización normal
– Separación de canales es de f=25 KHz
– La excursión de frecuencia utilizada es fd = 5 KHz.
Aplicando la regla de Carson, resulta un ancho de
banda de la señal modulada de:
B =2(m+1)fm = 2fd + 2fm = 2(5) +2(3) = 16 KHz

RADIOFONIA
• CANALIZACIÓN
• Canalización estrecha
– La separación de canales es de f =12,5 KHz
– La excursión de frecuencia utilizada es fd = 2,5 KHz.
Aplicando la regla de Carson, resulta un ancho de
banda de:
B = 2fd + 2fm = 2(2,5) +2(3) = 11 KHz

RADIOFONIA
• Clases de canales
• Simples(a una o dos frecuencias)
• Semiduplex
• Duplex

RADIOFONIA
• Simples
• Canales simples a una frecuencia
• Canales simples a dos frecuencias

RADIOFONIA
• Canales simples a una frecuencia:

RADIOFONIA
• Canales simples a dos frecuencias

RADIOFONIA
• Canales semiduplex a dos frecuencias

RADIOFONIA
• Canales Duplex a 2 frecuencias

RADIOFONIA
• Sistemas troncales PMR
• Diseñe la estación base de un sistema de
concentración de enlaces para prestar los
servicios a una flota de vehículos con las
siguientes características:
– En todos los casos la potencia radiada por canal
debe ser 30 Watts.
– Halle el tiempo medio de espera, el número de
canales, el tipo de combinador y Duplexer
necesario.

Sistemas troncales PMR
• Seleccione la separación entre transmisores y
receptores.

RADIOFONIA
• Se tratan como sistemas de espera con
formula Erlang C
• DIMENSIONAMIENTO DEL SISTEMA TRONCAL
A=M*L*H/3600 E
A Trafico ofrecido
N: # de canales de trafico
M: # de móviles
L: # de llamadas por móvil
H: Duración media de la llamada
C(N,A) Distribución Erlang C
GOS(N,A)=C(N,A)*exp[-(N-A)]

• El producto es 0.007 (0.7% < 4%) luego 6
canales son suficientes para el objetivo del
diseño por defecto se cumple también con el
GOSsob = 25%.

W=C(N,A)*H(N,A)/(N-A)

Tipo de combinador:
• HIBRIDO FERRITA COMBINADOR

• ACOPLADOR HIBRIDO

FILTRO DE ARMONICOS
• Se utiliza un duplexer eliminador de banda porque
ofrece bajas perdidas de inserción a las frecuencias
Tx y Rx y las características de aislamiento son
excelentes.

• Segundo caso:

A=M*L*H/3600 E
A Trafico ofrecido
N: # de canales de trafico
M: # de móviles
L: # de llamadas por móvil
H: Duración media de la llamada
C(N,A) Distribución Erlang C
GOS(N,A)=C(N,A)*exp[-(N-A)]

• El producto es 0.00013 (0.01% < 4%) luego 6
canales son suficientes para el objetivo del
diseño por defecto se cumple también con el
GOSsob = 20%.

• Se utiliza un duplexer eliminador de banda porque
ofrece bajas perdidas de inserción a las frecuencias Tx
y Rx y las características de aislamiento son
excelentes

INTRODUCCIÓN
• Los sistemas de radiotelefonía móviles (SRTM)
permiten el intercambio de información entre
terminales móviles y terminales fijos a través
de un medio de transmisión radioeléctrico,
con unas características de calidad
determinadas.
• Estos sistemas suelen tener una cobertura
zonal.

Introducción
• En las redes de telefonía móvil tradicionales
(TMR)el problema del acceso al medio se
resuelve mediante una asignación rígida de
canales.
– Se trata de un acceso múltiple por división en
frecuencia (Frequency División Múltiple Access,
FDMA).
– Debido a la escasez, cada vez mayor, de canales de RF
para el servicio móvil, se están utilizando ya en
sistemas más avanzados técnicas de multiacceso
basadas en la compartición de frecuencias,
denominadas de concentración de canales (trunking)

Introducción
• Los métodos de señalización van evolucionando
según lo hacen los SRTM:
– De los primeros métodos de señalización y control
basados en corriente continua y tonos, se ha
evolucionado a un control muy sofisticado basado es
señalización digital.
– El grado de madurez alcanzado hace posible técnica y
económicamente la interconexión entre redes de
telefonía móvil y la red telefónica pública conmutada,
estableciéndose nuevos sistemas, denominados de
Telefonía Móvil Automática (TMA):
• con coberturas que se extienden desde el territorio de una
nación a un continente entero.

Introducción
• Se han comenzado a utilizar las técnicas
digitales para las comunicaciones móviles, lo
cual permite:
– la realización de nuevas metodologías de acceso,
como son:
• las de acceso múltiple por división en el tiempo (Time
División Múltiple Access, TDMA) y
• el acceso múltiple por división de código (Code División
Múltiple Access, CDMA) con técnicas de espectro
ensanchado.

Introducción
– Desde el punto de vista de la propagación, las
técnicas de banda estrecha (TDMA) sufren del
problema denominado propagación multicamino.
• Básicamente este fenómeno consiste en que la señal
que llega al receptor se compone de la suma de un
conjunto de señales idénticas en amplitud pero con
fases distintas.
• En el peor caso, la señal en el receptor puede llegar a
ser nula, produciéndose un fenómeno de fading
severo.
• Las técnicas de espectro ensanchado (CDMA) no sufren
este tipo de problemas.

Introducción
• La cobertura es muy importante en los SRTM.
Debido a la variabilidad del trayecto
radioeléctrico, únicamente puede hablarse de
cobertura en sentido estadístico.
• Se utilizan dos grados de calidad estadística de
cobertura:
– El porcentaje de emplazamientos. Indica el
porcentaje de emplazamientos dentro de la zona de
cobertura teórica en la que cabe esperar exista enlace
radioeléctrico.
– El porcentaje de tiempo. Indica el porcentaje del
tiempo en que espera exista enlace.

SISTEMA BÁSICO DE TELEFONÍA
MÓVIL
• la estructura conceptual de un SRTM privado
comprende:
– una serie de terminales conectados al centro de
control:
• Directamente o
• a través de una central telefónica privada (Prívate
Automatic Branch Exchange, PABX),
– una estación base (estación radioeléctrica fija,
controlada por una unidad de control) y
– un conjunto de termínales móviles.

Sistema Básico de telefonía móvil

Efecto de la concentración de enlaces
• En la estrategia de asignación de frecuencias o
canales (en los sistemas tradicionales hay una
relación biunívoca entre frecuencias y canales)
• Para los usuarios se pueden dar dos alternativas:
– la asignación rígida de canales: un usuario se
comunica con la estación base siempre a través del
mismo canal (que, es a su vez, compartido entre otros
usuarios).
– la asignación dinámica de canales. Un grupo de
canales es compartido por el conjunto de usuarios.

Efecto de la concentración de
enlaces
• El criterio de selección de la estrategia más
apropiada será la Probabilidad de Pérdidas
(PP):
– La PP es la probabilidad de que se genere una
petición de ocupación de un canal y ésta no pueda
ser atendida porque el canal este(n) ocupado(s)

enlaces
Algo sobre tráfico:
• Decimos que un canal cursa un tráfico de 1
Erlang cuando está ocupado el 100% del
tiempo.
• Es decir, que un conjunto de N canales no
pueden cursar nunca un tráfico mayor a N
Erlangs

Algo sobre tráfico
• En la mayoría de sistemas prácticos de
telefonía, no todas las peticiones de servicio
(uso de un canal) tienen éxito,
– si el sistema está congestionado, la llamada que no
puede ser atendida se pierde.
– Por ello es usual hablar del tráfico desde tres
perspectivas:
• Tráfico Ofrecido (TO),
• Tráfico Cursado (TC) y
• Tráfico Perdido (TP).

Algo sobre tráfico
• P.e, supongamos que un conjunto de usuarios
generan llamadas a una tasa media agregada de λ=
10 llamadas/minuto, si la duración media de las
llamadas 1/μ es de 5 minutos, entonces decimos
que:
– TO= λ/μ = 10 llamadas/minuto*5 minutos= 50 Er .
• Ello quiere decir que si no hubieran pérdidas (para
ello se requeriría un número infinito de canales),
por término medio 50 canales permanecerían
ocupados el 100% del tiempo.

Algo sobre tráfico
• La complejidad en el dimensionamiento
radica:
– en el hecho de la aleatoriedad con la que los
abonados realizan sus llamadas
– así como en la aleatoriedad de la duración de las
mismas.

Dimensionamiento
• Se dimensionan con las llamadas perdidas
(Earlang B)
• Pt: Probabilidad de congestión Pt=B(N,A),
Pt=1-[(1-P)/(1-Pc)]
• N: Número de canales N=C/J
• A: trafico ofrecido por los móviles A=B-1(N,Pt),
teniendo en cuenta señalización A=B-1(N-1,Pt)
• C: Número de canales disponibles C=B/∆f

Dimensionamiento
• J: # de celdas
• H(seg) duración de la llamada
• a: Trafico(Earlang) por móvil a=H/3600 [E]
• m Número de móviles en la célula m=A/a
• Pa: Densidad del tráfico admisible en la célula
Pa=A/Sc[E/Km2]
• Sc superficie de la célula [km2] Sc=S/QJ
• Sr: Superficie del racimo Sr=J*Sc

Dimensionamiento
• S superficie total de cobertura
• Q número total de racimos, número de
reutilización de frecuencias Q=E(S/Sr)+1 o
S/J*Sc
• Oferta de canales desde Q es Q*J(N-1), o,
C*S/J*Sc
• M Total de móviles a los que pueden darse servicio
M=Q*J*m

Algo sobre tráfico
• La intensidad de tráfico máxima que puede
ofrecerse a un conjunto de N canales, con un
valor para la PP de pp, viene dada por la
expresión:
A=TON=Er-1(pp,N)
donde la notación Er-1 representa la fórmula de
Erlang-B inversa.

Algo sobre tráfico
• el trafico máximo que puede ofrecerse a N
sistemas de un solo canal, viene dado por la
expresión:
A=TO1=N*Er-1(pp,1)
• como consecuencia de la no linealidad de la
fórmula de Erlang-B
TON > TO1 para N>1

Algo sobre tráfico
• Como el tráfico ofrecido y el tráfico cursado
están relacionados a través de la expresión:
– TC = TO*(1-PP]
• Para una misma PP, se puede cursar mayor
tráfico cuando este se ofrece a un conjunto de
canales que cuando se ofrece a canales
individuales

enlaces
• la asignación de frecuencias no es rígida sino
dinámica, es decir, se asigna un canal sólo
cuando hay demanda.
• Cuando el canal se libera, puede ser tomado
por cualquier otro usuario.
• Una consecuencia importante de estos
sistemas es el aumento en la complejidad de
la señalización.

Efecto de la concentración de enlaces
• Por señalización se entiende el conjunto de señales
o mensajes que se intercambian la estación de
control y el terminal móvil y que hacen posible el
establecimiento, mantenimiento y liberación de la
llamada.
• En algunos sistemas se reserva un canal
exclusivamente para señalización.
– Por acceder todos los terminales al mismo canal, es
necesaria una disciplina de acceso al mismo que
garantice igualdad de oportunidades para todos y
un retardo mínimo.

SISTEMAS DE RADIOTELEFONIA
PUBLICA CELULAR
• Sistemas celulares
• Forma geométrica de la celda
• Handover entre celulas
• Técnica para aumentar la capacidad de los
sistemas celulares
• Asignación de frecuencias entre celulas
• Funcionamiento de un sistema celular típico
• Señalización

Introducción TMA
• La finalidad de este servicio, conocido como
TMA celular o simplemente TMA, es la de
proporcionar al usuario un servicio telefónico
público móvil.
• Es decir, que un usuario móvil puede efectuar
y recibir llamadas telefónicas automáticas con
cualquier otro abonado fijo o móvil de la red
telefónica nacional o internacional.

Introducción TMA
• En los sistemas TMA avanzados se ofrecen otros
teleservicios (transmisión de datos, facsímil,
mensajerías, etc...
• En los sistemas TMA es necesario conseguir:
– una amplia cobertura y
– una gran capacidad de tráfico con un número
limitado de frecuencias.
• Ello es posible gracias a la reutilización sistemática
de las frecuencias, lo que se logra mediante
estructuras celulares.

Sistemas celulares
• En los sistemas de telefonía móvil celular, la
zona de cobertura se divide en unas más
pequeñas llamadas células, a las que se asigna
un cierto número de frecuencias y se las dota
de una estación base por célula.
• Se llama distancia co-canal o distancia de
reutilización a la distancia entre células que
utilizando el mismo grupo de frecuencias
permite una relación (C/I) aceptable

Distancia co-canal o distancia de
reutilización

Distancia de reutilización
Lb = k.rn
r = distancia
K = Kte que depende de la frecuencia, altura de las antenas y tipo del medio
n = factor que depende del medio: (espacio libre = 2; tierra plana = 4; medios
urbanos = 3.5/3.8)

Las potencias de portadora e
interferencia en el borde de una
célula de radio R son,
respectivamente:

Pt Pt
C i
k.R n k ( D R) n

• Potencia de la señal portadora (C) a potencia de la
señal interferente (I)
• Si D es la distancia entre dos células y R al radio de
las células y se supone que D>>R, se verifica la
expresión:

Luego la relación portadora/interferencia será:

n
D R
C /i n
( D / R) n D R
R

Distancia de reutilización
• Por tanto, si se reduce R, puede reducirse
también D sin que se altere el valor de la relación
C/I.
• De esta manera se pueden reutilizar las
frecuencias más veces y por tanto aumentar el
tráfico que puede cursar el sistema
• Las frecuencias no pueden reutilizarse en células
contiguas, por ello la necesidad de los racimos

Sistemas celulares
• En los sistemas prácticos se dispone de un
conjunto de frecuencias y el problema
consiste en dividirlo en subconjuntos de
frecuencias que se asignarán a cada célula, de
forma que la distancia de reutilización o
distancia co-canal (interferencia co-canal) sea
aceptable.

Formas geométricas de las células

criterios:
1. Se debe procurar que no existan huecos o solapes en los bordes.
2. Buscamos una forma que para un radio dado R contenga la superficie posible.
De esta forma se utilizarán un menor número células para servir la misma zona
de cobertura y, por tanto, utilizaran menor número de frecuencias. .

Área triangular

S=3√3R2/4

Área rectangular o cuadrada

S= 2R2

Área hexagonal

S=3√3R2/2

Distancia co-canal y forma
geométrica
• Relación entre D y R es D=R√3
• Área de cada estación base es: Sc=3√3R2/2
• J=Sr/Sc =(D/R)2/3
• Por estar cada célula rodeada de la célula co-
canal a la distancia D la señal interferencia
global será: (C/i)total = (1/6)(D/R)n=
(1/6)(√(3J)n
• J=(6C/i)2/n/3

Distancia co-canal y forma
geométrica
• (C/i)≥rp (razón de protección de seguridad)
• J≥ (6rp)2/n/3 límite inferior de J
• Si rp=17 dB o 50,1

n J
2 (Espacio libre) 101
3,5 (medio urbano) 9
4 (Tierra plana) 6

No olvidar que N=C/J lo que limita J

• Para minimizar las interferencias entre los
usuarios, debe hacerse una separación física
entre las células que utilizan las mismas
frecuencias.
• Esto se Consigue agrupando células en
racimos, de forma que todo el espectro
disponible se reparte entre la células del
racimo.

• Un tamaño típico de racimo es de siete
cuando las estaciones base utilizan antenas
omnidireccionales.
• Las células del racimo se suelen nombrar con
letras, de la A a la G, donde la A ocupa la
posición central y el resto se distribuyen a su
alrededor

Agrupación de células en racimos
de 7

Handover entre células
• Un sistema celular se diseña de forma que
células adyacentes trabajen con frecuencias
distintas.
• El problema se presenta cuando el móvil cruza
de una célula a otra.
• El sistema de control tiene que detectar de
forma automática que esto sucede y realizar la
conmutación con un canal libre de la célula
adyacente (handover o handoff)

Handover entre células
• Cada sistema tiene una solución para llevar a
cabo este proceso:
– generalmente mediante mensajes de control
(señalización) que se intercambian los terminales
móviles y la estación de control.
• una de las medidas de calidad de un sistema
de TMA celular es la probabilidad de pérdida
de una llamada cuando se cruza una célula.

Técnicas para aumentar la
capacidad de los sistemas celulares
• Cuando un sistema celular da servicio a un
área urbana pueden llegar a darse situaciones
de saturación, es decir, que la PP aumente por
encima de los límites establecidos.
• En estos casos es necesario aumentar la
capacidad del sistema a través de 2 técnicas:
– la subdivisión de las células en otras más
pequeñas y
– la sectorización.

Subdivisión de una célula
• Suele hacerse – aumentar el número de
reduciendo a la mitad estaciones base y
el radio de la célula. emplazarlas de forma
más precisa,
• Esto implica:
– un aumento en el
– reducir por cuatro la
tráfico de señalización
superficie,
al aumentar el número
– Aumentar la capacidad de handovers
de tráfico por un factor
aproximadamente igual
a 4,

Subdivisión de una célula
No obstante los nuevos sistemas TMA
• El proceso de celular digital contemplan células de
unos 0.3 Km de radio
subdivisión tiene un
límite fijado por:
– las tolerancias de los
emplazamientos
– la complejidad y la carga
del procesamiento de
llamadas,
• suele corresponder a un
radio de 1.5 Km.

Sectorización
• Se puede proceder a una subdivisión
adicional, sin necesidad de emplear mas
estaciones base, sectorizando la cobertura.
• Para ello se subdivide una célula en tres
sectores a los que se da servicio desde
vértices alternos del hexágono, mediante tres
estaciones base con haces de antena de 120°.

Sectorización
• Se pueden cubrir sectores Ejemplo de uso de la técnica de la
de células vecinas, lo cual sectorización
supone un ahorro de
estaciones base.
• En la práctica, para
realizar una sectorización
no es necesario crear
nuevos emplazamientos
sino sólo transformar los
ya existentes
se emplea la sectorización para utilizar racimos con
menor número de células que los correspondientes a
una cobertura omnidireccional

Asignación de frecuencias entre
células
• En comienzo se asigna de forma fija, un juego de
canales (frecuencia)a cada célula.
• Pero si en una célula dada existe congestión (todos
sus canales ocupados) y en otra contigua hay
canales libres, se puede tomar prestados algunos
de estos canales sólo durante el período de
congestión.
• El principio general de la asignación dinámica es
que cualquier canal puede ser utilizado en
cualquier célula.

Funcionamiento de un sistema
celular típico
• Las estaciones base (Base Station, BS) están
conectadas a centros de Conmutación del
Servicio Móvil (Mobile Switching Centre,
MSC), que son centrales de conmutación
especializadas para ejecutar las funciones
necesarias para el funcionamiento del
sistema.
• La conexión BS-MSC se realiza mediante
enlaces dedicados

celular típico

celular típico
• En los SRTM las comunicaciones son full-
duplex por lo que se requieren 2 frecuencias
diferentes para cada conexión, una en el
sentido móvil a base y otra en el sentido
contrario.
• Además, a cada BS se le asigna un canal de
señalización y control para tareas tales como
el establecimiento de la conexión.

celular típico
• Los abonados deben estar localizados en todo
momento para poder dirigirles las llamadas
que se produzcan.
• Para ello, todo MSC dispone de dos tipos de
bases de datos:
– el HLR (Home Location Register) donde se
inscriben los abonados locales
– el VLR (Visitors Location Register) donde se
inscriben los abonados que estan de paso.

celular típico
• Cuando el abonado conecta su equipo, éste explora
los canales de control de la BS y se sintoniza en
aquél en el que reciba mayor señal, retornando
su identificación.
• Si está en su MSC local se inscribe en la HLR, de lo
contrario se inscribe en la VLR y se notifica a la HLR
de su MSC.
• De esta forma, cuando llegue una llamada a su
MSC, éste, tras consultar el HLR, podrá redirigirla al
MSC en cuyo VLR esté inscrito el abonado.

VLR: Visitor Location Register
MSC: Mobile Switching Centre
HLR Home Location Register

celular típico
• A esta facilidad de conexión del móvil
dondequiera que esté se denomina
roaming (vagabundeo).
• El MSC convierte el número del abonado
destino en el código de identificación del
abonado y difunde un mensaje de búsqueda
(paging messitge) en las BSs que dependen de
la MSC de paso en la que se encuentre el
abonado

Señalización
• Cuando un usuario móvil realiza una llamada, el
contacto inicial con le BS se realiza a través del canal
de control.
• La señalización se realiza intercambiando paquetes
de datos (modulados en FSK) que ocupan la totalidad
del canal de control.
• La BS asignará un canal de voz (una pareja de
frecuencias) a la nueva conversación
• ambos, BS y terminal móvil, conmutarán al canal de
voz mientras dure la conversación.

Señalización
• Para realizar tareas de supervisión, se envían
dos tonos dentro del canal vocal pero fuera de
banda.
– El primero es el SAT (Supervisory Audio tone),
– El segundo es el ST (Signaling Tone)

Señalización
• El SAT (Supervisory Audio tone), es un tono
enviado por la BS y que debe ser devuelto por
el terminal móvil mientras, la conversación
está en curso.
• Su pérdida le indica a la BS que la señal es muy débil:
– por acercarse a la frontera de la célula (por tanto se deberá
proceder a hacer un handover),
– por otras razones (fading, desconexión abruta, etc.,).

Señalización
• El ST (Signaling Tone) se usa, por ejemplo, al
final de una conversación para indicar el
colgado de un terminal

Señalización
• La pérdida del SAT puede desencadenar el
proceso de handover.
• Para ello:
– la MSC pide a las BS adyacentes que monitoricen
el nivel de la señal del canal de voz
correspondiente, asumiendo que el móvil ha
entrado en la zona de cobertura de aquella BS
cuya señal se reciba con mayor amplitud

Señalización
• Establecimiento de handover:
– Si la conexión es posible en la nueva BS (quedan
canales sin usar) la MSC, a través de la BS, le
indicará al móvil la nueva frecuencia a utilizar.
• Para ello se interrumpe la señal de voz por un momento
(unos 400 ms) y se le envía un mensaje de señalización al
móvil.
• Esta interrupción es apenas distinguible durante una
conversación, pero si se están transmitiendo datos se
producirá una pérdida de información. (Validez de usar
GSM)

SISTEMA DE TMA CELULAR DIGITAL
• Introducción
• Acceso múltiple (TDMA)
• Sistema de Telefonia Movil Digital GSM

Introducción
Las ventajas de un sistema digital son:
1. Puesto que la información que maneja el sistema
(voz o datos) es digital, se posibilita una
interconexión con la RDSI.
2. Un sistema digital permite la implantación de
protocolos señalización rápidos, potentes, seguros y
flexibles que permiten amplia gama de servicios
suplementarios y protección contra el fraude de la
red.

Ventajas
3. Absoluta confidencialidad en las comunicaciones de voz
al hacer uso técnicas de cifrado digitales.
4. Mejora de la calidad de las comunicaciones al
incorporarse modulaciones digitales que permiten
trabajar con:
– mayores relaciones señal a ruido,
– códigos de detección y corrección de errores,
– técnicas de ecualización potentes, etc...
Todo ello permite reducir la distancia de reutilización y por
tanto a una mayor densidad de tráfico con el mismo
ancho de banda.

Ventajas
5. La tecnología digital permite el uso de
técnicas de acceso múltiple división en el
tiempo (TDMA).
– Es decir, que un mismo radiocanal es utilizado por
distintos usuarios en intervalos de tiempo
distintos.
– Esto permite aumentar todavía más la eficiencia
espectral.

Acceso múltiple TDMA
• En los sistemas TDMA normalizados hasta
ahora, la banda total disponible se divide en
sub-bandas.
• A cada sub-banda se le asigna una portadora a
la cual se le aplica el TDMA, por lo que, de
hecho, tales sistemas son TDMA/FDMA, ya
que los TDMA están multiplexados en
frecuencia.

• La técnica TDMA requiere una memoria
intermedia en la que se va depositando la
información hasta que llega el instante de
acceso al canal.
• Por ello los usuarios se comunican mediante
ráfagas (burls) de información.
• Un terminal utiliza siempre el mismo intervalo
de tiempo durante una misma Conversación

• Los principales inconvenientes de la TDMA son:
– la exigencia de funcionamiento sincronizado entre
las estaciones, lo cual se logra médiante la
inclusión de bits adicionales que permiten el
mantenimiento de la sincronización
– la necesidad de utilizar tiempos de guarda entre
distintos intervalo tiempo.
– Todo ello disminuye la eficiencia, entendida como
la relación entre los bits de información y los bits
totales transmitidos.

Resumen sistema Celular Digital
AMERICA
EUROPEO JAPONES
NO
GSM JDC
ADC
METODO DE ACCESO TDMA TDMA TDMA
ESPACIAMIENTO DE
200 Khz. 30 Khz. 25
PORTADORA
USUARIOS POR
8(16) 3 3
PORTADORA
RAZON DE BITS (VOZ) 13 Kbps 8 Kbps 8
TOTAL RAZÓN DE BITS 270 Kbps 48 Kbps 42
BW / CANAL 25 Khz. 10 Khz. 8,3
RAZÓN C/I REQUERIDA 9dB 16 dB 13

Sistema de telefonía Móvil Digital
GSM
• En 1982, cuando aparecieron los primeros
servicios celulares comerciales, la CEPT
(Conférence Européene des Postes et
Télécommunications) tomo la iniciativa de
poner en marcha un grupo de trabajo
(llamado Groupe Special Mobile) encargado de
especificar un sistema de comunicaciones
móviles común para Europa en la banda de
900 Mhz.

GSM
• Hoy en día el estándar GSM está funcionando
con éxito tanto en países europeos como del
resto del mundo.
• En 1993 habría más de 36 redes GSM en
servicio en 22 países.
• Los servicios móviles pueden asociarse más
fácilmente a un abonado que a un equipo o a una
terminación de línea, proporcionando lo que se
denomina servicios de comunicación personal

GSM
• Se ha logrado con el desarrollo de red de
comunicación personal con acceso radio a la
red fija afectar significativa el número de
abonados.
• GSM, se ha adaptado a la banda 1800 Mhz,
(1850-2200 Mhz), constituyendo el llamado
DCS 1800 (Digital Cellular System).

SERVICIOS Y FACILIDADES DEL
SISTEMA GSM
• Introducción
• Teleservicios
• Servicios portadores
• Servicios suplementarios
• Módulo de identidad de abonado
• Funciones de seguridad

Introducción
• Todos los servicios disponibles en la Red
Digital de Servicios Integrados (RDSI) han sido
incluidos en el desarrollo de GSM.

Teleservicios
• La telefonía es el teleservicio más importante
en el sistema GSM.
Permite las llamadas entre la red pública
(RTPC/RDSI) y la red móvil.
• Existen en el sistema GSM llamadas de
emergencia que permiten una conexión
directa y automática con el servicio de
emergencia más próximo, marcando
simplemente 112

Teleservicios
• Se soporta el servicio de fax del Grupo 3 siempre
que se disponga de los adaptadores de interfaz
correspondientes.
• Se dispone de un tipo de correo electrónico:
– Es un servicio de mensajes cortos (160 bytes) que
puede ser considerado como un servicio de búsqueda
(paging) alfanumérico y bidireccional.
– Se confirma la entrega de los mensajes, lo que
constituye una ventaja importante sobre los sistemas
búsqueda,
– Esta disponible en modo punto a punto y difusión.

Servicios portadores
• Para el caso de servicios de datos, soportan
velocidades de transmisión que van de los 300
bits/s a los 9.6 Kbits/s.
• El modo de transmisión puede ser tanto
transparente como no transparente.
• En este último caso se consigue una
protección adicional contra errores mediante
un proceso de confirmación a nivel de
protocolo del enlace de radio.

Servicios suplementarios
• Muchos de estos servicios son equivalentes a
los disponibles en la RDSI.
• Los principales servicios son:
– llamada restringida (con criterios tales como
imposibilidad de realizar llamadas salientes o
llamadas internacionales),
– el desvío de llamadas (si el abonado móvil está
ocupado o ausente)
– la identificación del abonado llamante.

Módulo de identidad de abonado
• Un terminal GSM no tiene acceso a la red
salvo si dispone de todos los datos
específicos del abonado.
• Estos datos están incluidos en una tarjeta
inteligente llamada SIM (Subscriber Identity
Module) que debe introducirse en el terminal.

Módulo de identidad de abonado
• La tarjeta SIM, cuyo acceso se protege con un
número de identificación personal, contiene no sólo
los datos del abonado (número en la RDSI, clave
personal, etc...) sino también determinada
información personal, como marcación abreviada de
números, lista de redes preferentes e información de
tarificación.
• En la tarjeta SIM también se almacenan los mensajes
cortos.

Funciones de seguridad
• El enlace del terminal con la red podría estar
sujeto a intentos de utilización fraudulenta del
canal o de intercepción no autorizada. En el
sistema GSM la protección se realiza a tres
niveles:
1. Autentificación por el sistema de las tarjetas SIM,
para impedir el accedo de usuarios no registrados.
2. Cifrado de la transmisión de radio para impedir
escuchas no autorizadas ( datos).
3. Protección de la identidad del abonado

ARQUITECTURA FUNCIONAL E
INTERFACES DE UN SISTEMA GSM
• Introducción
• Bases de datos
• Plan de numeración
• Estructura de protocolos

Introducción
• El sistema de la estación comprende un
controlador y un equipo transmisor-receptor
desplegado en el área de cobertura.
• La parte del subsistema de red incluye un
equipo de conmutación (MSC, Mobile
Switching Centre) dedicado al servicio móvil,
que enlaza todos los elementos del sistema, a
través de líneas dedicadas, con la red pública
(RTPC o RDSI).

Bases de datos
• La HLR (Home Location Register). Almacena
información de los abonados locales tal como:
el perfil de servicio de cada abonado y su
posición en todo momento.
• La VLR (Visiting Location Register). Almacena
la identificación de los usuarios que se
encuentran de paso por las células que
dependen de un MSC.

Bases de datos
• La EIR (Equipment Identity Register). Almacena
los identificadores de los equipos de los
abonados. Ello se utiliza para detectar el uso
no autorizado de equipos de usuario,
impidiéndose el acceso a la red.
• La AC (Authentication Centre). Almacena la
llave y el algoritmo para cifrar la identidad del
usuario y para cifrar la información que viaja
vía radio.

Plan de numeración
• Se asigna un número internacional RDSI bien
al usuario, a través de la tarjeta SIM, o bien al
terminal móvil. La numeración en cada país
debe ser compatible con el plan de
numeración nacional correspondiente.
• El número consiste en un código de país, un
código intra-nacional (que básicamente
identifica la red móvil destino) y el número de
abonado.

Plan de numeración
• Fundamentalmente, el número de abonado
define el encaminamiento de la llamada a
través de la RTPC/RDSI hacia la MSC destino.
• El MSC usa el número de abonado para
extraer de la HLR la información de re-
encaminamiento apropiada para hacer llegar
la llamada a la MSC en la que se encuentra el
abonado de paso.

Plan de numeración
• La información de re-encaminamiento viene
especificada por el número de vagabundeo
(roaming number) que se obtiene de la HLR.
Este número es un código temporal asignado
por la VLR al usuario visitante y enviado a la
HLR y tiene la misma estructura que los
números RDSI de la zona en la que se
encuentra el usuario.

Estructura de protocolos
• Por analogía con el modelo OSI, el sistema GSM
puede describirse considerando 3 capas
funcionales en las principales entidades e
interfaces.

Estructura de protocolos
• La funcionalidad asociada a estas capas es:
– Gestión de los recursos de radio, (handover,
gestión de potencia, sincronización, gestión de
canal).
– Gestión de la movilidad.
– Control de la llamada.
– Gestión de los servicios suplementarios.
– Servicios de mensajes cortos.
– Gestión de operación y mantenimiento.
– Transmisión

Protocolos de capa uno
• Estructura de canales de radio
• Canales físicos y canales lógicos
• Codificación de la información

Estructura de canales de radio
• Se utiliza una estructura de acceso
TDMA/FDMA,
• Se han estandarizado dos bandas de
frecuencias:
1. 890 - 915 Mhz para la dirección móvil a estación
base.
2. 935 - 960 Mhz para la dirección estación base a
móvil.

• Estas bandas se han dividido en 124 pares de
portadoras separadas 200 Khz, empezando
con el par 890.2/935.2 Mhz.
• Cada célula tiene asignadas un conjunto de
pares, desde sólo una a un máximo de 15.
• El tamaño de las células varía de 1 a varios
kilómetros.

• Cada una de las portadoras se ha segmentado
en tiempo, de acuerdo a un esquema de
acceso múltiple por división en el tiempo
(TDMA), en 8 intervalos de tiempo de
duración 0.577 ms/intervalo.
• Los intervalos de tiempo se numeran del 0 al 7
en la trama, cuya duración es de 4.615 ms.

• Esta misma estructura se emplea en los enlaces
ascendente y descendente, pero con un
desplazamiento de 2 intervalos, para que un móvil
que utilice un canal físico concreto transmita y
reciba en instantes de tiempo diferentes.
• De este modo se evita el duplexor de antena.
• Además, el móvil monitoriza la señal enviada
desde células adyacentes para, en su caso, solicitar
un cambio de célula

Relación temporal entre los canales de
transmisión, recepción y
monitorización para un móvil cualquiera
en un sistema GSM

• La estación móvil transmite en ráfagas, cuando
llega el intervalo de tiempo correspondiente, de
148 bits, más 8.25 bits de guarda para permitir
pequeños desplazamientos de tiempo dentro del
intervalo.
• La velocidad de transmisión es de 156.25 bits/
0.577 ms = 270.833 Kbit/s.
• Estos valores numéricos son aproximados puesto
que en la recomendación GSM los tiempos se dan
tomando como referencia una multitrama

Descripción de los distintos tipos de
ráfagas en un sistema GSM

• La recomendación define 5 tipos de ráfagas:
– ráfaga normal,
– ráfaga de corrección de frecuencia,
– ráfaga de sincronización,
– ráfaga muda (dummy) y
– ráfaga de acceso.
• La ráfaga muda se usa para el envío de señal
de continuidad, sin información

• la ráfaga muda tiene la misma estructura que
la ráfaga de corrección de frecuencia.
• La ráfaga de tráfico de abonado consta de 148
bits con la siguiente asignación:
– 3+3 bits de cabecera-cola (Tail Bits). Tienen por
objeto lograr ecualización de todos los bits por
igual.

Estructura de canal de radio
– 2x57+2 bits de información (bits encriptados). De
ellos 2x57 son información y otros dos indican si la
ráfaga es de tráfico de abonado o de señalización
por robo de intervalo
– 26 bits que constituyen la secuencia de
entrenamiento. Esta es secuencia conocida de bits
que permite al receptor adquirir la sincronización y
analizar las condiciones del canal con objeto de
ajustar el ecualizador.
• La modulación utilizada es la denominada GMSK
(Gaussian Mínimum Shift Keying)

Canales físicos y canales lógicos
• Un canal físico se forma mediante la
repetición periódica de un intervalo de
tiempo.
• La tasa binaria que ofrece un canal físico se
comparte entre varios canales lógicos,
soportándose de esta forma una
multiplexación de canales lógicos sobre físicos.

Canales físicos y canales lógicos
• En GSM se definen, fundamentalmente, dos
tipos de canales lógicos:
– los de tráfico de abonado y
– los de señalización y control.
• Para soportar estos canales lógicos se definen
dos estructuras de multitrama:
– una de 26 tramas (con una duración de 120 ms)
para los canales de tráfico y
– otra de 51 tramas (con una duración de 235.38
ms) para canales de señalización y control

Jerarquía de tramas en un sistema
GSM

Multitrama de 26 tramas
• La estructura de 26 tramas soporta canales de
tráfico (Traffic Channel, TCH) y sus
correspondientes canales asociados de
control, que pueden ser:
– lentos (Slow Associated Control Channel, SACCH)
o
– rápidos (Fast Associated Control Channel, FACCH).

Estructura de la multitrama de 26 tramas
(que soporta el tráfico de abonado)

Estructura de la multitrama de 26
tramas

• Se han definido dos tipos de TCH:
– de velocidad máxima: Un TCH de velocidad
máxima permite la transmisión de voz codificada a
13 Kbit/s o de datos a 3.6, 6, ó 9.6 Kbit/s.
– de velocidad a mitad: Un TCH de velocidad a
mitad, que se consigue usando en media una
ráfaga de cada dos, permite transportar voz
codificada a 6.5 Kbit/s y datos a 2.4 y 4.8 Kbit/s.

• Estas velocidades son las velocidades de
información útil, puesto que las velocidades
reales son algo mayores (22.8 Kbit/s) debido a
la información de control que hay que incluir.
• Los TCH de velocidad máxima se implementan
sobre 24 de las 26 tramas de la multitrama,
donde cada TCH ocupa el mismo intervalo de
tiempo en cada trama.

• La trama 12 (numeradas desde la 0), se dedica a los
canales SACCH (Canales de Control Asociados Lentos),
obteniéndose 8 canales SACCH, uno para cada uno
de los 8 TCHs.
– Los canales SACCH llevan señalización
correspondiente a la información recurrente, como
ajuste de potencia, medidas de calidad de canal,
información de tarificación, etc...
• La trama 25 está reservada para implementar los 8
SACCH adicionales requeridos para soportar los 8
canales TCH adicionales de velocidad a mitad

• El canal lógico FACCH se obtiene bajo
demanda mediante el robo de intervalos a un
TCH.
• Se utiliza para el envío de mensajes urgentes
como son los relativos al control del handover
entre células.
• El robo de un intervalo se indica mediante los
l/fogs correspondientes en la ráfaga de tráfico.

• Soporta los canales de señalización y control
de tipo general como son:
– El inicio/final de la llamada,
– identificación y actualización del móvil

Los canales lógicos de que se dispone son:
• SDCCH (Stand-alone Dedicated Control
Channel).
– Se utiliza para transferencia de señalización de
control de la llamada, desde y hacia el móvil
durante el establecimiento de la llamada.
– Como los canales TCH, el SDCCH tiene asociado su
propio SACCH y se libera cuando la llamada ha
sido establecida.

• BCCH (Broadcast Control Channel). Se utiliza en la
dirección base (BS) a móvil para la difusión de
información a nivel de sistema como puede ser:
parámetros de sincronización, servicios
disponibles e identificador de célula.
– Este canal está activo de forma permanente,
enviando ráfagas mudas cuando no hay
información que transmitir, pues los móviles
monitorizan el nivel de Fi recibida de este canal
para la determinación del handover

• SCH (Synchronization Charmel). Se utiliza para
difundir información, desde la BS al móvil, de
sincronización de trama.
• FCCH (Frequency Control Channel). Se utiliza
para difundir información, desde la BS al
móvil, de sincronización de portadora.

• CCCH (Common Control Channels). Son un
conjunto de canales lógicos que se utilizan para
transferir información de señalización entre
todos los móviles y la BS, p.e cuando se origina
una llamada o se realiza una búsqueda mediante
llamada (paging).
• Hay tres canales de control comunes:
– PCH (Paging Channel)
– RACH (Random Access Channel).
– AGCH (Access Grant Channel).

• PCH (Paging Channel). Lo utiliza el sistema
para realizar la búsqueda de los móviles.

RACH (Random Access Channel).
• Lo utilizan los móviles que tratan de
comunicarse con el sistema.
• Se utiliza un protocolo de acceso denominado
ALOHA RANURADO para solicitar la
adjudicación de un canal SDCCH con el que
poder iniciar el establecimiento de una
llamada.

• AGCH (Access Grant Channel). Lo utiliza el
sistema para asignar recursos a los móviles
como puede ser un SDCCH.
• los canales PCH y AGCH nunca son usados por
el sistema en el mismo instante y por tanto
pueden estar implementados sobre el mismo
canal lógico.

• Todos los canales lógicos descritos, excepto el
SDCCH, se implementan sobre el intervalo 0
de las tramas que forman la multitrama (de 51
tramas).
• Para ello se utiliza una frecuencia dedicada
exclusivamente a tareas de control y que se
asigna de forma individual a cada célula

• El SDCCH y su canal SACCH se implementa
sobre un canal físico seleccionado por el
operador.
• Dependiendo de las necesidades y criterios del
operador, se pueden crear tres estructuras de
multiplexación de canales lógicos alternativas:
1. Un canal de difusión (BCCH) y un canal común
(CCCH). Ver Figura
2. Ocho canales dedicados independientes (SDCCHs).
3. Cuatro canales de control SDCCH, un BCCH y un
CCCH.

Multitrama de 51 tramas que
soporta la señalización y control

Deslizamiento de la multitrama de
51 tramas sobre la de 26 tramas
• Los canales de transmisión y recepción están
desplazados en el tiempo de manera que el
receptor dispone de cierto tiempo para
sintonizarse a la nueva frecuencia.
• Para permitir que todos los terminales móviles
puedan monitorizar los canales de control, la
multitrama de 51 tramas se desliza en el
tiempo respecto a la, multitrama de 26 tramas
tal y como se ve en la Figura

Deslizamiento de la multitrama de control sobre
la de tráfico para permitir la monitorización de
cualquier intervalo temporal

• De esta forma, cada estación móvil transmite en un
intervalo de tiempo y recibe en otro, de los seis
restantes tres se utilizan para conmutar en frecuencia
y los otros tres se dedican a monitorización de los
canales de control.

Codificación de la información
• El medio de transmisión radio que se usa para
las comunicaciones móviles está sujeto a una
gran variedad de interferencias.
• Las señales que interfieren son principalmente
de tipo ráfaga y proceden bien de fuentes
externas al sistema o bien de interferencias
internas provocadas por la reutilización de
frecuencias o la propagación multicamino.

Codificación de la información
• Para conseguir una tasa de error aceptable
(superiores a 10 para voz) se usan diversas
técnicas de codificación en el transmisor:
– Codificación de fuente
– Codificación de canal

Codificación de fuente
• Comprende las operaciones necesarias para
transformar una señal analógica en otra digital de
velocidad relativamente baja.
• En un entorno de comunicaciones móviles la
codificación de fuente se aplica a la señal de voz.
• Los algoritmos de codificación de fuente pueden
clasificarse en tres categorías:
– Codificadores de Forma de Onda
– Codificadores parametrito
– Codificadores mixtos

Codificadores de Forma de Onda
• En estos se transmite la información sobre la forma de
la señal.
• Algunos son:
– la técnica MIC (Modulación por Impulsos
Codificados) o PCM (Pulse-Code Modulatiori),
– la modulación delta (Delta Modulation, DM) o
versiones adaptativas de esta ADM (Adaptative
Delta Modulation) o ADPCM.
• El límite inferior de velocidad, con una calidad
aceptable, es demasiado elevado para aplicaciones
móviles

Codificadores parametrito
• Hacen uso de la estacionariedad a corto plazo de
la voz, para extraer y transmitir parámetros de un
modelo matemático de la generación y percepción
del habla.
• Los codificadores paramétricos, llamados también,
vocoders, pueden funcionar con velocidades
binarias muy reducidas del orden de 2 a 4 Kbit/s,
pero la calidad que ofrece es mediocre y requieren
un elevado grado de protección contra errores.

Codificadores mixtos
• De ellos podemos destacar los de la familia
RELP (Residual Excited Linear Prediction).
• Estos son los que se han normalizado para el
uso en GSM, con una velocidad de 13 Kbit/s.

Codificación de canal
Codificación de bloque:
• En este caso, la información se codifica en
paquetes de k bits. A cada grupo de k bits se le
hace corresponder de forma unívoca la
palabra-código de n =r+ k bits
Códigos convolucionales.
• Aquí los bits de redundancia se van generando
a medida que entra cada bit de información al
codificador.


• Conceptos Básicos
n-k

k

información paridad

n

Código(n,k) Se adhieren con
el objeto de detectar
Rc = k / n o corregir errores

Código Convolucional:
• La mayoría de estos códigos tienen un
rendimiento igual a 1/2, es decir, cada bit de
información genera un bit de redundancia
directamente.
• Interviene además con otros en la producción
de p bits, siendo p una característica del
código llamada longitud obligada del código.


• Conceptos Básicos

Secuencia de Secuencia de
información Inform. codificada
Encoder

• Mapeo altamente estructurado.
• Puede lograr mayor ganancia de Código que los códigos de bloque.

• Codificación
N etapas
k bits 1 k 1 k 1 k
de
datos

+ + +
1 2 n
(n,k)
N:= restricción de longitud (poder y complejidad)
Rc = k / n

• Los códigos convolucionales producen un tren
continuo de bits y tienen gran poder corrector.
• Existe para ellos un método de decodificación
muy potente, el algoritmo de Viterbi, que
efectúa la decodificación mediante la
selección de la palabra-código más probable
del conjunto de las posibles, de acuerdo a una
métrica.

• Algoritmo de Viterbi: 1 V(S 0,0)=0 , i=1

3 7 2 Se calculan las
3 V(SA,1) = 3 A B medidas para las
rutas que entran
a cada nodo
d e f

4 Se borran las ramas
que no sobreviven

• Algoritmo de Viterbi: 1 V(S 0,0)=0 , i=1

3 2 Se calculan las
A medidas para las
3 V(SA,1) = 3
rutas que entran
a cada nodo

5 si i < L+ m d e
4 Se borran las ramas
i=i+1
que no sobreviven
y vuelve a 2

• En la práctica, la codificación de canal hace
uso de ambas estructuras, utilizándose un
código externo de tipo bloque, con gran
capacidad de detección de errores, y otro
código interno superpuesto al anterior, de tipo
convolucional para la corrección de errores.

• Con objeto de minimizar la redundancia, se
aprovecha la propiedad de que en el tren
producido por el codec vocal hay bits mucho
más sensibles que otros, por lo que son objeto
de un mayor grado de protección que los
menos significativos.

• Los bits de la palabra-código de canal no
deben transmitirse de forma consecutiva, ya
que una ráfaga de errores en el canal afectará
a toda la palabra, destruyendo las
propiedades correctoras del código.
• Es necesario distribuir el efecto de la ráfaga
entre palabras-código diferentes

• Para ello se utiliza una técnica denominada
"entrelazado de bits", mediante los m bits de
la palabra-código de canal se transmiten
separados entre sí, entrelazándolos con bits
de otras palabras para aleatorizar el efecto de
los errores de transmisión por el canal, como
se puede observar en el ejemplo de la filmina
siguiente

Ejemplo del impacto del entrelazado
con errores tipo ráfaga

Proceso de la
información
en el
transmisor

Protocolo de capa 2 en el sistema
GSM
• Interfaz móvil a estación base
• Interfaz entre estación base y centro de
conmutación móvil

Interfaz móvil a estación base
• El protocolo de la capa de enlace de datos se
denomina LAPDm (Link Access Protocol for D-
channel), que es el protocolo LAPD, utilizado
para soportar la señalización sobre canal D en
la RDSI, pero convenientemente modificado
para su uso en un entorno de radio como es el
caso de GSM.

La estructura de la trama LAPDm
Está compuesta de los siguientes campos:
• Flags. No se usan flags y por tanto tampoco bit
stitffing, es la capa física la que delimita las
fronteras de la trama.
• Indicador de Longitud. Delimita el campo de
información del campo de relleno (de acuerdo a
requerimientos de la capa física).

La estructura de la trama LAPDm
Campo de Direccionamiento.
• consta de los siguientes subcampos:
– Identificador del Punto de Acceso al Servicio
(Service Access Point Identifier, SAPI). Define el ente
origen o destino de la trama.

Campo de Direccionamiento
Algunos SAPI interesantes y sus usos:
• 0: Procedimientos de control de llamadas.
• 16: Comunicación de modo de paquetes
conforme al protocolo X25 de capa 3.
• 63: Intercambio de información de
administración de capa 2.
• 32-61: Conexiones Frame-Relay.

– Discriminador de Protocolo (Link Protocol
Discriminator, LPD). Se usa para especificar alguna
de las recomendaciones especiales de LAPDm.
– C/R Indica Comando o Respuesta y su uso es el
mismo que el del LAPD.

– Dirección Extendida (Extended Address, EA). Se
utiliza para extender el campo de
direccionamiento más allá de un octeto. Se debe
poner a "1" en el último octeto y a “0" en los
demás.
– El bit número 8 se ha reservado para uso futuro.

Campo de Control
• Soporta los números de secuencia y especifica
el tipo de trama, todo ello de forma análoga a
como se hace en LAPD.

Campo de Control
• En LAPDm se utilizan los mismos tipos de trama
que en LAPD:
– tramas no numeradas de información y control
(soportan las comunicaciones sin reconocimiento),
– tramas de transferencia de información (soportan
las comunicaciones con reconocimiento) y
– tramas de supervisión (soportan el envío de ACKs
cuando no hay información que transmitir en
sentido contrario).

Campo de Detección de Errores
• No se utiliza este campo en el LAPDm, puesto
que la detección (y corrección de errores) se
realiza en la capa física.

Interfaz entre estación base y
centro de conmutación móvil
• El interface entre la BS y el MSC se realiza
sobre un enlace de 2.048 Mbit/s en
el que los canales de voz y los de señalización
comparten el medio mediante un
multiplexado por división en el tiempo.

Interfaz entre estación base y
centro de conmutación móvil
• Los canales lógicos de señalización son el
soporte de la Parte de Transferencia de
Mensaje (MTP) del SS7 de la UIT-T
(antes CCITT), que provee los servicios típicos
de capa 2 como son:
– detección de errores,
– control de flujo y
– secuenciamiento correcto de los paquetes

Protocolos de capa 3 en el sistema
GSM
• Introducción
• Gestión de recursos de radio

Introducción
• Las funciones atribuidas a la capa 3 en GSM
no son compatibles con las que se han
otorgado a la capa 3 de OSI.
• Los protocolos de capa 3 en GSM se utilizan
para soportar funciones tales como:
– la gestión de los recursos de radio,
– la gestión de la movilidad y
– la gestión de la información relacionada con una
llamada.

Introducción
• En el modelo OSI estas funciones estarían atribuidas a
capas superiores.
• Por ello, se prefiere llamar "Nivel de Mensaje (NM)" a
la capa 3 en GSM.
• El NM está compuesto de 3 subcapas:
• la subcapa de gestión de los recursos de radio (Radio
Resource Management, RR),
• la subcapa de gestión de la movilidad (Mobility
Management, MM) y
• la subcapa de gestión de la conexión (Connection
Management, CM).

Introducción
• El NM también implemento funciones del SS7
de la UIT-T (antes CCITT), tanto de la parte de
transferencia de mensajes (Message Transfer
Parí, MTP) como de la parte de usuario (User
Part, UP) para el control de la conexión entre
la BSC y el MSC

Gestión de recursos de radio
• El conjunto de protocolos de capa 3 controla el
enlace entre los terminales y la red.
• Un terminal equipado con una tarjeta SIM, cuando se
pone en funcionamiento, explora los canales radio
para encontrar el canal (lógico) de sincronismo y así
sincronizarse.
• Se queda entonces en un modo semi-activo,
esperando bien el ser llamado mediante el canal de
búsqueda, bien una petición para acceder a la red
enviando un mensaje en el canal de acceso aleatorio

• En el último caso se asigna un canal dedicado
mediante el canal de acceso.
• El proceso de búsqueda es tal que permite al
terminal estar en modo semi-activo (stand by)
para ahorrar energía.

Handover
• En GSM el concepto del handover se ha extendido al
ámbito intra-células, lo que implica que se pueden
seleccionar distintos canales incluso en la misma
célula.
• Antes de tomar la decisión de realizar un handover, el
controlador de la estación base acumula información
sobre el tráfico y sobre la situación del enlace de
radio, como la calidad (tasa de errores), la potencia
transmitida, el nivel de señal recibido y la desviación
en tiempo.

• Tanto la BS como los terminales realizan medidas de
calidad.
• Aprovechando la estructura TDMA, el terminal
mide parámetros de la señal que recibe de las
células vecinas (a petición de la BS).
• Los algoritmos para la decisión del handover se
implementan en la BS, pero no están especificados
en las recomendaciones GSM.
– Así cada fabricante es libre de diseñar un algoritmo
exclusivo, esto es especialmente decisivo en entornos de
alta densidad de tráfico con células pequeñas.

Control de potencia
• Las dos direcciones del enlace radio entre el
terminal y la BS están sujetas a ajustes de
potencia continuos (de hecho cada 60 ms) en un
margen de unos 26 dB.
• Este ajuste de potencia, tanto del transceptor de
la BS como del terminal se realizan bajo la
supervisión del sistema de control de la BS.
• Esto mejora el aprovechamiento del espectro al
limitar las interferencias dentro del sistema y
ahorra batería.

Control de la desviación en tiempo
• Como los terminales que se encuentran
dentro de una misma célula se encuentran a
distintas distancias de la BS (diferentes
retardos de propagación), las ráfagas que ésta
recibe tienen diferentes retardos.
• La dispersión en tiempo hace necesario un
tiempo de guarda grande entre ráfagas, lo que
da lugar a un bajo aprovechamiento del ancho
de banda

Control de la desviación en tiempo
• Para minimizar este efecto en el interfaz aire, se
hace un ajuste de tiempo en el terminal.
• Este ajuste cubre un margen de 233 ms, que
permite la corrección para células de un radio
máximo de 35 Km.
• La BS monitoriza la desviación en tiempo de cada
terminal y lo utiliza como un criterio para realizar
el handover y también para ayudarle a corregir su
desviación antes de llevar a cabo un handover
sincronizado.

gestión de los canales radio
• Las recomendaciones GSM dejan una gran
flexibilidad a la hora de definir una estrategia
de asignación en tiempo real de canales
comunes y dedicados.
• En particular, el conjunto de canales
dedicados puede escogerse dinámicamente
utilizando colas, asignación por partes o
prioridad para los canales "de mejor calidad".

Gestión de la seguridad
• La autentifícación se realiza pidiendo al
terminal el resultado de un cálculo específico
sobre un número aleatorio (RAND) que envía
el sistema, y comprobando después este
resultado con el correcto.
• Este proceso de cálculo depende de hecho de
una clave secreta (Ki) que es especifica para
cada tarjeta SIM de cada abonado.

• El calculo se hace siguiendo un algoritmo de
cifrado A3, que tiene la propiedad de que
conociendo el resultado y una entrada
(RAND), no puede deducirse prácticamente la
otra entrada (Ki).
• La clave secreta (Ki) y el algoritmo A3 se
almacenan, con protección, en la tarjeta SIM y
en el HLR.

• El cifrado de la ráfaga de datos se logra con un
segundo algoritmo de cifrado A5, que se aplica a
una clave (Kc) que se escoge para cada conexión y a
un número que cambia en cada ráfaga.
• La clave Kc se calcula en el terminal y en el HLR con
un tercer algoritmo A8, similar al A3.
• Los algoritmos A3 y A8 no se especifican en las
recomendaciones GSM, sino que se dejan a la
elección del operador.

BIBLIOGRAFÍA Y REFERENCIAS
• Eberspacher Jorg y Vogel Hans-Jorg, "GSM Protocols," John
Wiley & Sons. 1999.
• Heine Gunnar, "GSM Networks: Protocol
Implementation," Artech House (Artech Library.), 1999.
• Hernando Rábanos José Ma, "Transmisión GSM, Editorial
Centro de Estudios Ramón Arcces S.A .
• Mehrotra Asha, "GSM System Engincering." Ail.
Communications Series, 1997.
• Mouly M. y Pautet M.B., "The GSM Communications,",
publicado por los autores I SU I 1992.
• Redi Siegmund, Matthias Weber, Malcolm W. “Personal
Communications Handbook," Artei. Mobile Communications
Library). 1998

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