TFC Edgar Camara

EVOLUCIÓN E IMPLEMENTACIÓN DE VOLTE EN LAS REDES 4G
1
ÍNDICE DE CONTENIDOS

2
1 RESUMEN ...................................................................................................................................11
2 ESTADO DEL ARTE.......................................................................................................................13
2.1 EVOLUCIÓN ..................................................................................................................................14
3 OBJETIVOS DEL PROYECTO .........................................................................................................17
4 DESARROLLO TEÓRICO ...............................................................................................................19
4.1 EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES MÓVILES. EL SISTEMA GSM...20
4.1.1 Un poco de historia.............................................................................................................20
4.1.2 El Sistema GSM...................................................................................................................22
4.1.3 Arquitectura de red celular.................................................................................................27
4.1.4 Dimensionamiento del tráfico en GSM...............................................................................30
4.2 LOS SISTEMAS DE TERCERA GENERACIÓN. EL SISTEMA UMTS/WCDMA......................................32
4.2.1 Arquitectura de red UMTS ..................................................................................................37
4.2.2 Interoperabilidad 3G – 2G, Reselección vs. Handover ........................................................38
4.2.3 Distintos tipos de Handover................................................................................................39
4.3 LOS SISTEMAS DE CUARTA GENERACIÓN. EL SISTEMA LTE..........................................................47
4.3.1 Características técnicas ......................................................................................................48
4.3.2 Arquitectura de red 4G / LTE ..............................................................................................50
4.4 LOS SERVICIOS DE VOZ EN LTE......................................................................................................52
4.4.1 CSFB, Circuit Switched Fall Back .........................................................................................53
4.4.2 SV-LTE - Simultaneous Voice LTE ........................................................................................57
4.4.3 Voice over LTE, VoLTE .........................................................................................................58
4.5 IMS (IP MULTIMEDIA SUBSYSTEM)......................................................................................................60
4.5.1 Arquitectura IMS.................................................................................................................61
4.5.2 Integración IMS en las redes existentes..............................................................................64
4.5.3 Arquitectura de Red CSFB ...................................................................................................64
4.5.4 Integración IMS en las redes LTE ........................................................................................65
4.5.5 El salto a VoLTE...................................................................................................................67
4.6 PROCEDIMIENTOS ESENCIALES IMS EN VOLTE.............................................................................68
4.6.1 Registro y Autenticación a IMS (IR.88/IR.92), solicitud P-CSCF de dirección IPv4 / IPv6. ...69
4.6.2 Llamada entrante/saliente de Voz sobre IMS (VoLTE)........................................................76
4.6.3 Servicios en llamada VoLTE: DTMF, Precondiciones SIP, Recursos disponibles, Rechazo de
llamada ............................................................................................................................................77
4.7 OTROS PROCEDIMIENTOS VOLTE.................................................................................................82
4.7.1 Servicios Suplementarios ....................................................................................................82
4.7.2 Códigos USSD en VoLTE ......................................................................................................89
4.7.3 Codificación de voz en VoLTE. Interoperabilidad entre codecs...........................................89
4.7.4 Llamadas de emergencia VoLTE .........................................................................................94
4.7.5 VoLTE Roaming...................................................................................................................95
4.8 PROCEDIMIENTOS EN MOVILIDAD VOLTE....................................................................................97
4.8.1 Single Radio Voice Call Continuity (SRVCC).........................................................................98
4.8.2 VoLTE Handover (intra LTE) ..............................................................................................102
4.8.3 Estabilidad de la voz en IMS – Pérdida de cobertura........................................................107
4.8.4 Interoperabilidad VoLTE / WiFi.........................................................................................108
4.9 SERVICIOS ADICIONALES VOLTE .................................................................................................109
4.9.1 ViLTE – Video sobre LTE ....................................................................................................109
4.9.2 SMS sobre IMS / SMS sobre SG’s ......................................................................................113
4.9.3 RCS – Rich Communication Services .................................................................................114
5 DESARROLLO PRÁCTICO............................................................................................................117
5.1 CASO DE PRUEBA I: REGISTRO Y AUTENTICACIÓN A IMS (IR.88/IR.92), SOLICITUD P-CSCF DE DIRECCIÓN IPV4 /
IPV6 ...................................................................................................................................................122

3
5.1.1 SIP Registration and Authentication Procedure – via “well known IMS” APN (IR.88) /
(IR.92) – IPv6 P-CSCF address request.............................................................................................122
5.1.2 Análisis de los logs tomados para el caso de prueba I: Registro y Autenticación a IMS
(IR.88/IR.92), solicitud P-CSCF de dirección IPv4 / IPv6...................................................................123
5.2 CASO DE PRUEBA II: SERVICIOS EN LLAMADA VOLTE. PRECONDICIONES SIP...............................................142
5.3 CASO DE PRUEBA III: SERVICIOS SUPLEMENTARIOS EN LLAMADA VOLTE. LLAMADA EN ESPERA.......................145
6 EXPERIMENTOS Y RESULTADOS................................................................................................149
6.1 TIEMPO DE ESTABLECIMIENTO DE LLAMADA..........................................................................................150
6.2 CODIFICACIÓN DE LA COMUNICACIÓN DE VOZ .......................................................................................152
6.2.1 Llamada VoLTE .................................................................................................................152
6.2.2 Llamada 3G.......................................................................................................................153
6.2.3 Llamada 2G.......................................................................................................................155
6.3 CALIDAD DE AUDIO..........................................................................................................................156
6.3.1 Llamada VoLTE .................................................................................................................157
6.3.2 Llamada 3G.......................................................................................................................159
6.3.3 Llamada 2G.......................................................................................................................161
7 CONCLUSIONES Y TRABAJOS FUTUROS.....................................................................................163
8 PRESUPUESTO ..........................................................................................................................165
9 BIBLIOGRAFÍA...........................................................................................................................167

4

5
ÍNDICE DE FIGURAS

6
FIGURA 2 - 1: ESTADO DE VOLTE A 30 DE ABRIL DE 2016......................................................................................14
FIGURA 4.1 - 1 ARQUITECTURA DE RED GSM.......................................................................................................23
FIGURA 4.1 - 2: BANDAS DE COMUNICACIÓN DE SUBIDA Y DE BAJADA EN GSM-900. ..................................................24
FIGURA 4.1 - 3: TRAMAS ORGANIZADAS EN FRECUENCIA Y REPRESENTACIÓN DE LOS BITS DE UNA RANURA DE LA TRAMA
(RÁFAGA).............................................................................................................................................24
FIGURA 4.1 - 4: MULTITRAMA DE TRÁFICO DE 26 TRAMAS SOBRE LOS INTERVALOS 2 Y 7 DE LAS TRAMAS.........................25
FIGURA 4.1 - 5: ZONAS DE COBERTURA DE LAS BTS...............................................................................................27
FIGURA 4.1 - 6: REPRESENTACIÓN DE UNA BTS OMNIDIRECCIONAL ..........................................................................27
FIGURA 4.1 - 7: REPRESENTACIÓN DE UNA BTS SECTORIZADA .................................................................................27
FIGURA 4.1 - 8: ZONAS DE COBERTURA DE LAS BTS CON ANTENAS SECTORIZADAS EN 3 SECTORES ..................................28
FIGURA 4.1 - 9: 3 FRECUENCIAS.........................................................................................................................29
FIGURA 4.1 - 10: 4 FRECUENCIAS.......................................................................................................................29
FIGURA 4.1 - 11: 7 FRECUENCIAS.......................................................................................................................29
FIGURA 4.2 - 12: ESCENARIO DE IMPLEMENTACIÓN 3GPP RELEASE 4.......................................................................37
FIGURA 4.2 - 13: REPRESENTACIÓN DE LOS HANDOVERS EN 2G Y 3G.......................................................................40
FIGURA 4.3 - 14: DIAGRAMA DE RED LTE............................................................................................................50
FIGURA 4.3 - 15: ENCAMINAMIENTOS DE VOZ Y DATOS EN 3G Y 4G.........................................................................51
FIGURA 4.4 - 16: EVOLUCIÓN DE LOS SERVICIOS DE VOZ Y DATOS EN LTE...................................................................53
FIGURA 4.4 - 17: MODOS DE IMPLEMENTACIÓN CS FALLBACK ................................................................................54
FIGURA 4.4 - 18: DESPLIEGUE DE CS FALLBACK A NIVEL MUNDIAL............................................................................57
FIGURA 4.4 - 19: MODOS DE VOZ EN LTE ...........................................................................................................58
FIGURA 4.5 - 20: CAPAS DE LA ARQUITECTURA IMS ..............................................................................................61
FIGURA 4.5 - 21: INTEGRACIÓN IMS EN LAS REDES 2G / 3G...................................................................................64
FIGURA 4.5 - 22: INTEGRACIÓN IMS EN LAS REDES ACTUALES .................................................................................66
FIGURA 4.6 - 23: PROTOCOLOS DE SEÑALIZACIÓN EN LAS DIFERENTES CAPAS DEL INTERFAZ AIRE LTE ..............................69
FIGURA 4.6 - 24: ARQUITECTURA EPC / IMS PARA EL REGISTRO Y LA AUTENTICACIÓN.................................................70
FIGURA 4.6 - 25: AUTENTICACIÓN EPS AKA EN LTE.............................................................................................71
FIGURA 4.6 - 26: DIAGRAMA DE FLUJO DE LA AUTENTICACIÓN LTE; EPS ATTACH & P-CSCF DISCOVERY........................74
FIGURA 4.6 - 27: DIAGRAMA DE FLUJO DEL REGISTRO Y AUTENTICACIÓN SIP.............................................................75
FIGURA 4.6 - 28: PROCESO DE AUTENTICACIÓN SIP EN EL NÚCLEO DE RED IMS..........................................................75
FIGURA 4.6 - 29: DIAGRAMA DE FLUJO DEL ESTABLECIMIENTO DE UNA LLAMADA VOLTE..............................................76
FIGURA 4.6 - 30: DIAGRAMAS DE FLUJO DE LIBERACIÓN NORMAL DE LLAMADA: NORMAL / ANTES DE CONTESTAR.............78
FIGURA 4.6 - 31: DIAGRAMA DE FLUJO, ESTABLECIMIENTO DE SESIÓN CUMPLIENDO LAS PRECONDICIONES SIP.................79
FIGURA 4.6 - 32: DIAGRAMA DE FLUJO, REPRODUCCIÓN DE CONTENIDO MULTIMEDIA PREVIO AL ESTABLECIMIENTO...........81
FIGURA 4.7 - 33: DIAGRAMA DE FLUJO, LLAMADA EN ESPERA I (COMMUNICATION HOLD)............................................83
FIGURA 4.7 - 34: DIAGRAMA DE FLUJO, LLAMADA EN ESPERA II (COMMUNICATION WAITING) ......................................85
FIGURA 4.7 - 35: DIAGRAMA DE FLUJO, MULTILLAMADA DE 3 USUARIOS ..................................................................86
FIGURA 4.7 - 36: REPRESENTACIÓN EN FRECUENCIA DE LOS DIFERENTES CODECS DE VOZ...............................................91
FIGURA 4.7 - 37: REPRESENTACIÓN DE LA CALIDAD DE LOS DIFERENTES CODECS DE VOZ................................................92
FIGURA 4.7 - 38: VOLTE EMERGENCY ATTACH ....................................................................................................95
FIGURA 4.7 - 39: DIAGRAMA DE FLUJO, ESTABLECIMIENTO DE UNA LLAMADA DE EMERGENCIA VOLTE............................95
FIGURA 4.8 - 40: FASES DE LA IMPLANTACIÓN DE SERVICIOS DE VOZ EN LTE...............................................................97
FIGURA 4.8 - 41: INTER-RAT HANDOVER EN LTE .................................................................................................98
FIGURA 4.8 - 42: DIAGRAMA DE FLUJO, SRVCC LTE HANDOVER...........................................................................101
FIGURA 4.8 - 43: ESQUEMA DE LOS DIFERENTES TIPOS DE INTRA-LTE HANDOVER .....................................................103
FIGURA 4.8 - 44: INTERCAMBIO DE SEÑALIZACIÓN DE UN HANDOVER LTE BASADO EN INTERFAZ X2 .............................104
FIGURA 4.8 - 45: DIAGRAMA DE FLUJO DE UN LTE HANDOVER BASADO EN INTERFAZ S1............................................105
FIGURA 4.9 - 46: DIAGRAMA DE FLUJO, SMS ENVIADO SOBRE IMS........................................................................114
FIGURA 4.9 - 47: INTERCONEXIÓN DE REDES IMS MEDIANTE IPX...........................................................................116
FIGURA 5 - 1: ESQUEMA DEL ENTORNO DE TRABAJO CONSTITUIDO PARA EL ESTUDIO PRÁCTICO ....................................120
FIGURA 5.1 - 2: REGISTRO Y AUTENTICACIÓN A IMS............................................................................................124
FIGURA 5.1 - 3: REGISTRO Y AUTENTICACIÓN A IMS............................................................................................142
FIGURA 6.2 - 1: ESTADÍSTICAS DE LA CODIFICACIÓN DE UNA LLAMADA VOLTE. .........................................................153
FIGURA 6.2 - 2: ESTADÍSTICAS DE LA CODIFICACIÓN DE UNA LLAMADA 3G................................................................154

7
FIGURA 6.2 - 3: ESTADÍSTICAS DE LA CODIFICACIÓN DE UNA LLAMADA 2G................................................................155
FIGURA 6.3 - 4: REPRESENTACIÓN EN FRECUENCIA DE LOS DIFERENTES CODECS DE VOZ...............................................156
FIGURA 6.3 - 5: OSCILOGRAMA DEL AUDIO RECIBIDO EN VOLTE. ...........................................................................157
FIGURA 6.3 - 6: ESPECTROGRAMA DEL AUDIO RECIBIDO EN VOLTE.........................................................................157
FIGURA 6.3 - 7: REPRESENTACIÓN EN FRECUENCIA DEL AUDIO RECIBIDO EN VOLTE. ..................................................158
FIGURA 6.3 - 8: OSCILOGRAMA DEL AUDIO RECIBIDO EN 3G..................................................................................159
FIGURA 6.3 - 9: ESPECTROGRAMA DEL AUDIO RECIBIDO EN 3G..............................................................................159
FIGURA 6.3 - 10: REPRESENTACIÓN EN FRECUENCIA DEL AUDIO RECIBIDO EN 3G.......................................................160
FIGURA 6.3 - 11: OSCILOGRAMA DEL AUDIO RECIBIDO EN 2G................................................................................161
FIGURA 6.3 - 12: ESPECTROGRAMA DEL AUDIO RECIBIDO EN 2G............................................................................161
FIGURA 6.3 - 13: REPRESENTACIÓN EN FRECUENCIA DEL AUDIO RECIBIDO EN 2G.......................................................162

8

9
ÍNDICE DE TABLAS

10
TABLA 4.1 - 1 BANDAS DE COMUNICACIÓN GSM..................................................................................................23
TABLA 4.1 - 2 REPARTICIÓN DE FRECUENCIAS EN ESPAÑA DEL ESPECTRO DE LA BANDA DE GSM900...............................29
TABLA 4.1 - 3 REPARTICIÓN DE FRECUENCIAS EN ESPAÑA DEL ESPECTRO DE LA BANDA DE GSM1800.............................30
TABLA 4.1 - 4 CARACTERÍSTICAS DE LAS TÉCNICAS MULTIACCESO DE GSM900 ...........................................................30
TABLA 4.1 - 5 COMPARACIÓN DE LA MEJORA EDGE VS. GSM.................................................................................32
TABLA 4.1 - 6 FRAGMENTACIÓN DE LAS REDES DE SEGUNDA GENERACIÓN..................................................................33
TABLA 4.1 - 7 BANDAS DE FRECUENCIAS Y ANCHOS DE BANDA DE CANAL UMTS-FDD .................................................36
TABLA 4.1 - 8 BANDAS DE FRECUENCIA 3G UMTS - TDD ......................................................................................36
TABLA 4.3 - 9 COMPARATIVA DE LOS ESTÁNDARES LTE (3GPP) E IMT ADVANCED (ITU).............................................49
TABLA 4.4 - 10 OPCIONES DE IMPLEMENTACIÓN DE CS FALLBACK EN LAS 3GPP RELEASES 8 Y 9....................................56
TABLA 4.5 - 11 PARAMETROS DEL PROTOCOLO SDP..............................................................................................63
TABLA 4.6 - 12 QCI Y PRIORIDADES DE LOS DIFERENTES TIPOS DE TRÁFICO EN LTE.......................................................77
TABLA 4.6 - 13 CONTENIDOS SDP DE LOS MENSAJES DE NEGOCIACIÓN DE PRECONDICIONES SIP ...................................80
TABLA 4.7 - 14 SERVICIOS SUPLEMENTARIOS EN LTE EN LAS RELEASES 7, 8 Y 9 DEL 3GPP ...........................................88
TABLA 4.7 - 15 NEGOCIACIÓN DE CODECS ORIGEN / DESTINO DE LA LLAMADA VOLTE..................................................90
TABLA 4.7 - 16 EVOLUCIÓN DE LOS ESTÁNDARES PARA CODIFICACIÓN DE VOZ EN TELEFONÍA MÓVIL ................................93
TABLA 4.8 - 17 PUBLICACIONES 3GPP SOBRE SRVCC...........................................................................................99
TABLA 4.8 - 18 TABLA DE BANDAS DE FRECUENCIA LTE FDD ................................................................................106
TABLA 4.8 - 19 TABLA DE BANDAS DE FRECUENCIA LTE TDD ................................................................................107
TABLA 4.9 - 20 TIPOS DE LLAMADA COMPATIBLES CON RCS..................................................................................115
TABLA 5.1 - 21 DIFERENCIAS ENTRE LAS PORTADORAS LTE POR DEFECTO DE ACCESO A INTERNET Y A IMS. ....................131
TABLA 6.1 - 22 TIEMPOS DE ESTABLECIMIENTO DE LAS DIFERENTES TECNOLOGÍAS DE ACCESO RADIO.............................152
TABLA 8 - 23 TIEMPOS DE ESTABLECIMIENTO DE LAS DIFERENTES TECNOLOGÍAS DE ACCESO RADIO................................166

11
1 RESUMEN

12
Los servicios de voz móviles se encuentran en continua evolución. Están siendo
progresivamente acondicionados para ofrecer comunicaciones de alta calidad que
además son complementadas con multitud de servicios adicionales que mejoran la
experiencia de usuario. VoLTE nace como la adaptación de las tradicionales llamadas de
voz a las nuevas redes de cuarta generación, sólo de datos, en un entorno todo IP. Basado
en las arquitecturas de red IMS / LTE y gestionado en el interfaz aire por los protocolos SIP
/ SDP, VoLTE se presenta como la tecnología de voz definitiva en el presente y futuro de
las comunicaciones de voz.

13
2 ESTADO DEL ARTE

14
La organización GSMA (Groupe Speciale Mobile Associacion) facilita estadísticas sobre el
estado actual de la implementación VoLTE en su página web. A fecha 30 de abril de 2016
existen 65 operadores en 35 países diferentes ofreciendo VoLTE a sus usuarios. El número
de dispositivos que los usuarios pueden elegir capacitados para realizar llamadas de
VoLTE es de 228. [1]
Figura 2 - 1: Estado de VoLTE a 30 de abril de 2016
La necesidad, en la mayoría de los casos, de contratación de tarifas especiales por parte
de los usuarios para poder usar el servicio hace que no sea una tecnología masivamente
distribuida.
Una lista completa de las distintas redes que han lanzado VoLTE al mercado puede ser
consultada también en la web de la GSMA. [2]
En España, únicamente Vodafone ha lanzado el servicio VoLTE en el momento de
escritura de este TFC, desde Julio de 2015. Si bien la información que facilita el operador
es que irá incorporando el servicio a todos los usuarios de forma progresiva, sin que ellos
tengan que realizar ninguna gestión adicional, es decir no permite una activación por
deseo explícito del usuario. [3]
2.1 EVOLUCIÓN
Los operadores de Corea del Sur fueron los primeros en ofrecer VoLTE en sus redes a
finales de 2012 mediante equipos desarrollados por Ericsson, a través de IMS (IP
Multimedia System), proporcionando un servicio de telefonía sobre IP. [4]
Originalmente las redes 4G/LTE fueron desarrolladas únicamente para datos, de manera
que la mayoría de operadores se inclinaron por ofrecer servicios de transición en los que
el terminal degrada su tecnología de acceso radio a 3G/2G para ofrecer comunicaciones
de voz cuando se encuentra bajo cobertura 4G (CS Fallback).
Otra opción menos distribuida en la etapa de transición hacia VoLTE es SV-LTE
(Simultaneous Voice and LTE), en la que los terminales son equipados con dos antenas
que permiten cada una distintas conexiones para ofrecer comunicación de datos (4G) y
comunicación de voz (2G/3G).

15
Con el paso del tiempo la mayoría de los operadores con redes LTE se van incorporando al
ecosistema de redes VoLTE, siendo actualmente los principales problemas de este
ecosistema la interconexión de redes que permitan ofrecer conexiones VoLTE extremo a
extremo, así como la integración de los distintos servicios ofrecidos sobre LTE
conjuntamente con VoLTE y las redes IMS. También en este apartado las redes
surcoreanas han tomado la iniciativa, de modo que en Noviembre de 2015 anunciaron la
interconexión de todas las redes VoLTE del país, ofreciendo un servicio completamente
interoperable para 35 millones de subscriptores, que gozan de llamadas de alta calidad de
voz, tiempos de establecimiento de llamada de cuarto de segundo, tiempos de
conmutación entre voz y video imperceptibles para el usuario y todo ello mientras pueden
hacer uso de conexiones a internet de alta velocidad… Y lo que es lo mejor de todo, sin
establecer tarifas adicionales que presenten un costo a los usuarios. [5]
La GSMA en su programa “Network2020” prevé que el número de redes que ofrezcan
VoLTE de manera independiente (sin estar interconectadas con otras) sea de 450 redes a
nivel mundial en el año 2020. [6]

16

17
3 OBJETIVOS DEL PROYECTO

18
El objetivo principal de este TFC es el de investigar y detallar el modo de funcionamiento
de la novedosa tecnología de voz sobre LTE (VoLTE), de carácter avanzado y presente
implementación a nivel mundial.
Para ello vamos a sistematizar el contexto en el que se encuentran las comunicaciones de
voz en la actualidad, analizar su evolución y describir el nuevo entorno en el que emerge
VoLTE. También estudiaremos teóricamente las diferentes arquitecturas de red IMS/LTE
recientemente implantadas, sobre las que se sostiene VoLTE y sintetizaremos los
protocolos que permiten el correcto funcionamiento del servicio. Además vamos a
clasificar las características y funcionalidades que VoLTE ofrece a los usuarios, algunas de
las cuales evaluaremos en la práctica, en el entorno real de una red VoLTE de un operador
europeo.

19
4 DESARROLLO TEÓRICO

20
4.1 EVOLUCIÓN HISTÓRICA DE LOS SISTEMAS DE
COMUNICACIONES MÓVILES. EL SISTEMA GSM.
4.1.1 Un poco de historia
El ser humano, desde hace ya algún tiempo, notó la necesidad de la comunicación móvil y
portable debido a su propia naturaleza inquieta. Los servicios de comunicación existentes
durante los comienzos/mediados del siglo XX satisfacían en cierta medida las necesidades
básicas de comunicación en un entorno de trabajo determinado o para contactar el lugar
de residencia, pero el principal inconveniente suponía que el usuario contactado se
encontrará ausente.
Por ello ciertas empresas y grupos investigadores comenzaron a desarrollar diferentes
tecnologías que permitían hacer portable el terminal de conexión a la Red telefónica. Estos
se dieron a conocer cómo Mobile Radio Telephone e incluían las tecnologías PTT, MTS,
IMTS y AMTS. Dichos primeros teléfonos móviles eran normalmente montados en vehículos
que basaban su funcionamiento como servicio comercial conectado a la Red de telefonía
fija ofrecido por un operador. Posteriormente se refirió a esta forma de comunicación
cómo Telefonía Móvil de Generación 0. El primero de estos servicios fue operado por
Motorola en EEUU en alianza con Bell en 1946 (bajo MTS) y necesitaba de un operador
humano que enlazará la conexión entre origen y destino de la comunicación. El primer
servicio automatizado (sin operadores) fue el IMTS que estuvo disponible en 1962, mientras
que en Europa el primer servicio de telefonía móvil no llegó hasta 1981, cuando Televerket,
hoy conocido como Telenor en Noruega introdujo el sistema NMT (Nordic Mobile
Telephone). [7]
El Sistema NMT se basa en tecnología analógica y usa sistemas digitales para conectar las
Estaciones Base al resto del sistema telefónico (Red fija). Al principio los teléfonos NMT
eran transportables pero no portables (utilizados únicamente fijados a un automóvil), pero
posteriormente evolucionaron a la completa portabilidad debido a la gran expansión de la
Red. Es por ello que este sistema ya se encuentra englobado dentro de los 1G, o de primera
generación. El NMT pese a que se encuentra mayormente en desuso por la aparición de las
nuevas redes, ha seguido siendo utilizado en países poco poblados pero de gran extensión
prácticamente hasta nuestros días, como Islandia o Rusia, debido a su gran alcance de onda
radioeléctrica que le permite alcanzar grandes extensiones alrededor de la estación base.
Esta característica de un largo alcance es de gran utilidad en superficies marinas para ser
utilizadas por pescadores o para extenderse hasta las montañas más inaccesibles. El área de
cobertura que abarcan las celdas en NMT tienen una extensión de entre 2 y 30 km, cuanto
menor es la extensión, la antena puede dar cobertura a un mayor número de usuarios.
Existen dos variantes, el NMT-450, en la banda de 450 MHz y el NMT-900, introducido más
tarde en 1986 en la banda de 900MHz al incluir más canales que su predecesor. Las
especificaciones técnicas del NMT eran libres y de acceso público, lo que permitió a muchas
compañías producir hardware NMT que provocara un descenso en los precios de los
equipos debido a la competitividad. Muchas de las ventajas que este sistema

21
proporcionaba a sus usuarios todavía siguen siendo características importantes en las redes
actuales, como el roaming (posibilidad de un usuario a realizar una comunicación en redes
extranjeras), el handover (cambio entre la antena que presta servicio a la comunicación a
otra antena adyacente de forma transparente al usuario), o el envío de mensajes de texto.
Una de las características de estos primeros sistemas de primera generación es la ausencia
de globalización. Si bien el NMT fue uno de los más extendidos, al llegar a comercializarse
en los países nórdicos, Suiza, Holanda, Rusia o europa del este, prácticamente cada país
tenía un sistema propio como AMPS (Advanced Mobile Phone System) en EEUU y Australia,
el TACS (Total Access Communications System) en el Reino Unido, el C-450 en Alemania del
Este, Portugal y Suráfrica, Radiocom en Francia o RTMI en Italia. En Japón de manera
distinta al resto de regiones coexistieron varios sistemas como los TZ-801, TZ-802 y TZ-803
desarrollados por NTT, mientras el competidor DDI usó el JTACS (Japan Total Access
Communications System) estándar. [8]
Esta fragmentación zonal fue la principal razón para evolucionar hacia un sistema común, si
bien también se intentó buscar una mejora de ciertos aspectos de los sistemas de primera
generación, como era la ausencia de cifrado que permitía la escucha no permitida de
comunicaciones, o el aumento en el volumen de datos que se podían transmitir, que eran
entre 600 y 1200 bits por segundo. Para ello en 1982 la CEPT (European Conference of
Postal and Telecommunications) creó el GSM (Groupe Special Mobile), encargado de
desarrollar un estándar para un sistema de telefonía móvil que pudiera ser usado en toda
Europa. En 1987 trece países acordaron un tratado de entendimiento para juntos
desarrollar un sistema de comunicación móvil en toda Europa. El sistema creado por SINTEF
y dirigido por Torleiy Maseng fue seleccionado finalmente. Más tarde en 1989 las
competencias del grupo GSM fueron transferidas al ETSI (European Telecommunications
Standards Institute) para un año después en 1990 publicar la primera serie de
especificaciones (GSM-900) que permitió el lanzamiento de la primera red, Radiolinja en
Finlandia, conjuntamente con Ericsson que se ocupó del mantenimiento técnico de la
infraestructura de la red. A finales de 1993, más de un millón de subscriptores usaban las
redes GSM, extendidas ya a 70 operadores en 48 países diferentes. [9]

22
4.1.2 El Sistema GSM
El sistema de comunicación móvil GSM, o también conocido popularmente como 2G,
irrumpió con una serie de características muy llamativas para los usuarios, como fueron:
- Mejora en la calidad de la comunicación móvil.
- Terminales completamente portables.
- Mayor seguridad en la comunicación (autenticación y cifrado).
- Normativa europea común.
- Servicios integrados en un mismo sistema (voz y datos).
- Gran variedad de servicios ofrecidos al usuario.
Estos servicios permiten al cliente intercomunicarse con otro usuario del sistema GSM
(mediante llamadas o mensajes de texto por ejemplo) o entablar comunicación con otros
sistemas de comunicación como pudiera ser internet (correo electrónico, navegación…) o la
red de comunicación fija. Dichos servicios se englobaron en tres grupos de especificaciones,
que fueron definidas en diferentes fases dentro del estándar GSM-900, bajo
responsabilidad de la ETSI. [10]
1) Tele-servicios
Telefonía a 13kbps (6,5 kbps).
Llamadas de emergencia.
SMS (mensajes cortos de texto).
Fax
2) Servicios portadores
Datos hasta 9600 bps (4800 bps usando solamente un canal de la comunicación).
3) Servicios suplementarios
Desvío de llamadas.
Identificación del usuario llamante.
Llamada en espera.
Multillamada.
Grupo cerrado de usuarios.
Prohibición de llamadas.
El sistema GSM, por tanto, presta servicios de voz de buena calidad, así como servicios de
datos conmutados por circuitos. En la actualidad cubre una amplia gama de bandas de
espectro, entre ellas las más conocidas de 850, 900, 1800 y 1900 MHz. [11]

23
Tabla 4.1 - 1 Bandas de comunicación GSM
Aunque en este estudio nos vamos a centrar en analizar la comunicación en el interfaz aire,
vamos a echar un pequeño vistazo a la arquitectura escalonada que compone el sistema
GSM. [12]
Figura 4.1 - 1 Arquitectura de red GSM
Desde la MS (Estación móvil, Mobile Station) existen 4 niveles para la comunicación, que se
detallan a continuación: [13]
- Interface Aire: comunicación entre MS y BTS (Estaciones Base, Base Transceiver
Stations).
- Nivel de gestión de Recursos de Radio (RR): MS y BTS al BSC.
- Gestión de la movilidad (MM).
- Gestión de las comunicaciones (CM) al registro VLR del MSC.
GSM necesita la utilización de varios protocolos para poder controlar las llamadas,
transferir información y proporcionar gestión global del sistema. El sistema GSM, en su
interfaz aire, es un sistema TDMA (Acceso Múltiple por División de Tiempo, Time Division
Multiple Access), es decir varios equipos se pueden conectar simultáneamente mediante la
interpretación de los datos estructurados en el tiempo. Los equipos radio (MS y BTS), en el
estándar GSM-900 se comunican por ondas de radiofrecuencia alojadas en torno a los 900
MHz. Alrededor de esta frecuencia se establecen dos bandas de 25 MHz para la

24
comunicación bidireccional (enlace up o de subida entre el MS y la BTS y enlace down o de
bajada entre la BTS y el MS). [14]
Figura 4.1 - 2: Bandas de comunicación de subida y de bajada en GSM-900.
Cada una de estas bandas se divide en varios canales radio mediante FDMA (Frequency
Division Multiple Access) estableciendo 125 frecuencias portadoras para los canales de
subida de 200 KHz y otras 125 para los canales de bajada. Estas portadoras son asignadas
por pares, de manera que una comunicación requiere de portadora up + down.
A la información incluida en el ancho de banda asociado a cada portadora se le denomina
trama. Por tanto tendremos 125 tramas en cada banda de la comunicación. Cada uno de
estos canales portadores de 200 KHz o tramas son a su vez divididos en el tiempo (en 8
intervalos o ráfagas de 148 bits), para posibilitar hasta a 8 usuarios comunicarse a la vez
haciendo uso de él.
Figura 4.1 - 3: Tramas organizadas en frecuencia y representación de los bits de una ranura de la
trama (ráfaga)
Cada móvil (MS) utiliza por tanto una ranura (ráfaga de bits) de las 8 que tiene la trama. El
terminal va saltando en frecuencia para engancharse a sus ranuras de comunicación en las
tramas up y down. La BTS asigna al móvil un canal de comunicación (por ejemplo el 2) y va
comunicándose con él a través de esa ranura en todas las tramas (Trama i, Trama i+1,
Trama i+2…). Si representamos dicha comunicación entre móvil y BTS organizando las
tramas una tras otra en el eje vertical, podemos observar detalladamente lo que se conoce
como ráfaga (burst) de transmisión, que no es otra cosa que la estructuración de la
información según las 8 ranuras que posee un grupo de tramas.

25
Figura 4.1 - 4: Multitrama de tráfico de 26 tramas sobre los intervalos 2 y 7 de las tramas.
A esta forma de representación se le conoce como multitrama de 26 tramas. De esta
manera podemos ver que en el intervalo 2 de cada trama se comunica un móvil que se ha
sincronizado en el primer slot representado, mientras que en el intervalo 7 se comunica
otro móvil sincronizado 8 tramas más adelantado. Dichos móviles utilizan cada 26 tramas
una combinación de 24 tramas destinadas a canales de tráfico (TCH) que portan Datos de
Usuario, una trama para el canal asociado lento (SACCH), que porta datos de Señalización
los cuales permiten gestionar la comunicación y una trama o canal libre. A esta
combinación de canales se le denomina como ráfaga de transmisión normal.

26
Existen 5 tipos de ráfagas de transmisión, según se organizan los canales lógicos en la
multitrama. Rafaga de transmisión normal, de corrección de frecuencia, de sincronización
temporal, de acceso aleatorio y dummy (o de relleno).
El régimen binario de transmisión en una ráfaga normal se puede calcular con los datos que
tenemos hasta el momento. De los 148 bits que tiene la ráfaga, 114 se dedican a datos de
usuario y el resto a gestión de la comunicación (Figura 4), mientras que el resto de bits se
destinan a zonas de guarda T (3 bits al inicio y 3 bits al fin de la ráfaga), sincronización de la
ráfaga TS (26 bits), y dos Stealing Flag S (1 bit por cada 57 bits de datos que nos indica si
estos son bits de tráfico o señalización). Por tanto el régimen de una ráfaga/ranura o canal
de transmisión es:
Rb =
148 bits
1 trama
∙
1 trama
4,615 mseg
≈ 32 Kbps
El régimen de transmisión en bruto (solamente los bits destinados a datos) será:
Rb =
114 bits
1 trama
∙
1 trama
4,615 mseg
≈ 24,7 Kbps
Mientras que los regímenes binarios de los canales de tráfico y señalización en la
multitrama:
Rb(TCH) =
24 TCHs
1 multitrama
∙
1 multitrama
26 tramas
∙
1 trama
4,615 mseg
∙ 114 bits ≈ 22,8 Kbps
Rb(SACCH) =
1 SACCH
1 multitrama
∙
1 multitrama
26 tramas
∙
1 trama
4,615 mseg
∙ 114 bits ≈ 950 bps
Por tanto podemos concluir que el régimen binario que permite dar comunicación para una
llamada de voz es de 22,8 Kbps, aunque en realidad gran parte de esos datos se destinan a
protección de la comunicación y el régimen binario real de una llamada en el canal TCH es
de unos 13 Kbps y el de una comunicación de datos de 4800 bps.
Sin extendernos mucho más podemos decir que las combinaciones de canales lógicos son
muy variadas y dichos canales se asignan dependiendo de las necesidades de
comunicación. Por ejemplo a la hora de establecer una llamada, al hacerse necesario el uso
de mayor señalización, se utilizará por ejemplo una combinación solamente con canales de
señalización (FCCH + SCH + BCCH + CCCH), organizados según multitramas que en vez de ser
de 26 tramas, están formadas por 51 o 102 tramas.
- FCCH (Corrección de frecuencia): Para que el móvil seleccione frecuencia.
- SCH (Sincronización temporal): Para que el móvil seleccione ráfaga (número de trama
inicial).
- BCCH (Control): Para comunicar desde la BTS al móvil la información básica y los
parámetros del sistema.

27
- CCCH (Canales comunes): RACH para solicitud de canal, AGCH Acceso concedido y PCH
(Paging) para avisar de una llamada.
4.1.3 Arquitectura de red celular
Hasta ahora hemos visto algunas características del sistema GSM, como un sistema básico
de comunicación entre un único móvil (MS) y una sola estación base. Sin embargo el
sistema GSM se compone de un entramado más amplio de estaciones base
interconectadas, que forman una arquitectura de red celular. [15]
Figura 4.1 - 5: Zonas de cobertura de las BTS
Tal y como vemos en la representación anterior cada BTS proporciona una zona de
cobertura dentro de la cual los móviles pueden conectarse a dicha BTS y de esa manera al
sistema GSM globalmente (a través de la BSC y la MSC). Las zonas de cobertura que
proporciona cada BTS toman el nombre de célula o celda. En los entornos rurales, donde el
número de usuarios es menor, las BTS suelen tener cobertura omnidireccional. [16]
Figura 4.1 - 6: Representación de una BTS
omnidireccional
Figura 4.1 - 7: Representación de una BTS
sectorizada

28
En zonas urbanas, con mayor concentración de población, se utiliza la técnica de
trisectorización, consistente en dividir la célula en tres zonas, denominadas sectores, que a
efectos prácticos funcionan como células independientes, como se muestra en la siguiente
figura.
Figura 4.1 - 8: Zonas de cobertura de las BTS con antenas sectorizadas en 3 sectores
Dependiendo del número de móviles que se encuentren en cada zona de cobertura del
sector de la BTS, la onda radiada por la BTS puede lograr mayor o menor alcance (pocos
móviles en la zona de cobertura – la BTS proporciona cobertura a una superficie de mayor
radio, mientras que si muchos móviles se encuentran próximos a la BTS esta reducirá su
superficie de cobertura). Este fenómeno es el que se conoce como respiración celular, ya
que los suscriptores que se encuentran moviéndose entre zonas de cobertura de BTS
diferentes, permiten a la BTS lograr mayor o menor alcance). Para proporcionar movilidad a
los suscriptores, el sistema GSM actúa de acuerdo a un procedimiento prefijado (Handover)
por el cual un móvil que pasa de la zona de cobertura de una BTS a otra, pasa por una zona
de solapamiento entre estas en la que se produce un intercambio de ‘posesión’ del móvil. El
sistema GSM, mediante mediciones de potencia en el terminal móvil, indica a la BTS origen
cuando dejar de ‘poseer’ a un móvil para cederle el control a la BTS destino.
De esta manera además se consigue ofrecer servicio a la totalidad de la superficie que
cubren las BTS, pudiendo incluso un móvil conectarse a BTS diferentes, lo que permitirá
facilitar que en los Handovers no se produzcan perdidas de conexión, lo que podría
ocasionar por ejemplo la caída de una llamada que se encuentre en curso.
Otra ventaja que nos proporciona la arquitectura celular con antenas sectoriales es reducir
las interferencias causadas entre una BTS con su adyacente, aunque no totalmente ya que
existe la posibilidad de que debido al crecimiento de las zonas de cobertura las zonas de
interferencia, marcadas con colores en la figura 7, puedan llegar a solaparse ocasionando
interferencias en la comunicación y la inviabilidad del sistema GSM.
Existe un número limitado de frecuencias que pueden ser usadas en el sistema GSM 900
(Figura 3: 125 frecuencias para la banda de 900, con 200KHz de separación). Para evitar las
interferencias ocasionadas por solapamientos entre frecuencias, el sistema GSM utiliza

29
reutilización de frecuencias para cubrir diferentes áreas geográficas. Suponiendo que se
usan antenas segmentadas en tres sectores como hemos visto anteriormente, la
reutilización de frecuencias quedaría representada de la siguiente manera: [17]
Figura 4.1 - 9: 3 frecuencias Figura 4.1 - 10: 4 frecuencias Figura 4.1 - 11: 7 frecuencias
Pese a que pueda parecer que se disponen de un gran número de frecuencias para dar
servicio a los usuarios, se han de tener en cuenta importantes factores a la hora de diseñar
la red para dar servicio a todos los usuarios, como por ejemplo:
- Anticipar la previsión de crecimiento del sistema según necesidades futuras.
- Área de superficie a cubrir por la celda.
- Accidentes geográficos y otras anomalías.
En España además resulta que existen varios operadores entre los que se tienen que repartir
las 124 frecuencias del espectro GSM 900. [18]
Bloque Canales Subida Bajada Operador Concesión Caducidad
2x10 MHz 50 880,1-890,1
MHz
925,1-935,1
MHz
Orange 07/07/2005 07/07/2020
2x10 MHz 50 890,1-900,1
MHz
935,1-945,1
MHz
Movistar 03/02/1995 03/02/2020
2x4,8 MHz 24 900,1-904,9
MHz
945,1-949,9
MHz
Movistar - -
2x10 MHz 50 904,9-914,9
MHz
949,9-959,9
MHz
Vodafone 03/02/1995 03/02/2020
Tabla 4.1 - 2 Repartición de frecuencias en España del espectro de la banda de GSM900
En la tabla podemos ver que las frecuencias portadoras asignadas a Movistar y Vodafone en
1995 se corresponden con la banda de GSM 900 que hemos visto como ejemplo de estudio
(figura 3). A Orange se le asignó el espectro correspondiente a la banda E-GSM 900 (extensión
de GSM 900) más tarde, debido al agotamiento de los canales en la banda GSM 900

30
previamente. Debido a particularidades geográficas (como la anterior distribución de
frecuencias en España en la banda E-GSM 900), el ETSI definió diferentes bandas en las que el
sistema GSM podría funcionar. De esta manera aparecieron las bandas GSM 850, GSM 1800 y
GSM 1900.
Como consecuencia del aumento de usuarios del sistema GSM, en muchos países una sola
banda acabaría quedándose pequeña, y existiendo la posibilidad de utilizar varias bandas
compatibles, muchos países extendieron sus bandas GSM a otras frecuencias, como en el
caso también de España en el que la banda de 1800 MHz también fue utilizada para telefonía
GSM.
Bloque Canales Subida Bajada Operador Concesión Caducidad
2x20 MHz 100 1710,1-1730,1 MHz 1805,1-1825,1 MHz Movistar 24/07/1998 31/12/2030
2x20 MHz 100 1730,1-1750,1 MHz 1825,1-1845,1 MHz Vodafone 24/07/1998 31/12/2030
2x5 MHz 25 1750,1-1755,1 MHz 1845,1-1850,1 MHz Yoigo 15/06/2011 31/12/2030
2x5 MHz 25 1755,1-1760,1 MHz 1850,1-1855,1 MHz Yoigo 15/06/2011 31/12/2030
2x4,8 MHz 24 1760,1-1764,9 MHz 1855,1-1859,9 MHz Yoigo 15/06/2011 31/12/2030
2x20 MHz 100 1764,9-1784,9 MHz 1859,9-1879,9 MHz Orange 24/07/1998 31/12/2030
Tabla 4.1 - 3 Repartición de frecuencias en España del espectro de la banda de GSM1800
Podemos comprobar observando los datos anteriores que una BTS operando en la banda
GSM 900, está provista de 124 canales de tráfico (50 más considerando la banda E-GSM 900),
mientras una BTS en la banda GSM 1800, también conocida como DCS, proporciona 374
canales al sistema global de comunicaciones móviles.
4.1.4 Dimensionamiento del tráfico en GSM
El dimensionamiento es la determinación del número de recursos radio que deben asignarse
a una red móvil para que puedan efectuarse comunicaciones con unas características de
calidad deseadas. En redes móviles con conmutación de circuitos (como es GSM), se entiende
que un recurso es equivalente a un canal asignada a la comunicación. La interpretación física
dependerá de la técnica multiacceso que utilice la red: [19]
Técnica Recurso radio GSM 900
FDMA Radio canal (número de frecuencias) N = 124 frecuencias
TDMA Intervalos de tiempo (ranuras en la trama) I = 8 ranuras por trama
CDMA Código de modulación C = 1 código
Tabla 4.1 - 4 Características de las técnicas multiacceso de GSM900
Mediante estos datos podremos calcular el número de canales lógicos o recursos radio de un
sistema.
Sometiendo a estudio la banda de GSM 900 de Vodafone en un área geográfica cubierta por
un número determinado de BTSs, podemos calcular el número de recursos radio disponibles
en dicha área de cobertura, que en este caso será:
Canales lógicos (recursos radio) = N · I · C = 50 · 8 = 400

31
A bote pronto podríamos decir que el sistema trabajando a máxima ocupación podría prestar
servicio a 400 usuarios llamando simultáneamente. Sin embargo en realidad los canales
lógicos han de ser asignados tanto a canales de tráfico (TCH) que dan comunicación a una
llamada de voz, como a canales de señalización que permiten la gestión de estas llamadas.
Haciendo una aproximación de una ocupación de un 10% de los totales en canales de
señalización, podríamos obtener el número de canales TCH que pueden operar
simultáneamente, o lo que es lo mismo el número de llamadas que podrían ser realizadas a la
vez en nuestro sistema (360 en este caso).
Evidentemente cada usuario del sistema no ocupa su canal de tráfico permanentemente, ya
que no está continuamente realizando una llamada, y por tanto el número de usuarios finales
del sistema será un número bastante mayor al visto anteriormente.
Echando un vistazo a la comunicación de datos del sistema, podemos obtener la capacidad
total, teniendo en cuenta que cada canal TCH permite una comunicación de 4,8 Kbps.
Tomando como valores los del ejemplo de la red de Vodafone con 360 TCHs, el ancho de
banda ofrecido por el sistema a todos los usuarios será de: [ 360 · 4,8 = 1728 Kbps ], con la
limitación de uso de 2 canales por usuario, lo que permitía comunicase a una velocidad de 9,6
Kbps, cifras que pronto se antojaron insuficientes de acuerdo a las necesidades de los
usuarios.

32
4.2 LOS SISTEMAS DE TERCERA GENERACIÓN. EL SISTEMA
UMTS/WCDMA.
Los usuarios de los sistemas de telecomunicaciones móviles rápidamente empezaron a
demandar mayores velocidades de transmisión de datos, mayor capacidad de las redes y más
servicios de red avanzados, que los que ofrecía el sistema GSM.
De esta manera empezaron a aparecer tecnologías evolucionadas que mejoraban algunos de
los servicios de la red GSM. Algunas de estas tecnologías aparecieron fundamentalmente a
través de patentes generadas por empresas con intereses comerciales. Algunas de ellas
fueron el GPRS (también conocida como 2.5G cuando se combina al uso de GSM), el EDGE o
EGPRS (2.75G) o el HSCSD (High-Speed Circuit Switched Data), todas ellas enfocadas a
proporcionar al usuario una tasa de transferencia de datos superiores a las de los teléfonos
GSM, pero inferiores a las de los futuros telefónos 3G.
El sistema GPRS (General Packet Radio Service), por ejemplo se apoyaba de la infraestructura
radio de la red GSM, que se modifica ligeramente, de manera que los canales GSM pueden
ser utilizados conteniendo paquetes de datos. A la red se le añaden nuevos nodos que
permiten la gestión de estos paquetes de datos (SGSN y GGSN), mientras que los
controladores radio (antenas BTS) incorporan HW nuevo para separar el tráfico de voz y el de
paquetes. Además a los terminales se les provee de nuevas capacidades que permitan el
manejo de tráfico de datos GPRS. Estas nuevas capacidades conllevaban la aparición de unos
conceptos asociados al tipo de conexión que ofrece GPRS, como son la sesión (indica la
actividad de una conexión GPRS), el APN (punto de acceso a la red GPRS), o el attach y detach
(que permiten conectar o desconectar el tráfico de datos en el terminal). El principal
inconveniente es que GSM y GPRS comparten capacidad radio, por tanto el uso del sistema
GPRS reducirá los recursos (canales de tráfico) que se puedan dedicar al tráfico de voz por
GSM.
Otra de las evoluciones que se introdujeron a la comunicación de datos en GSM, fue la que a
través de una mejora en la modulación ofrecía una mayor capacidad de transmisión de datos.
Esta se conoce como EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution). El salto de la
modulación GMSK de GSM a la 8-PSK de EDGE permitía multiplicar por 3 las tasas de
transmisión de datos. [20]
EDGE GSM
Modulación 8-PSK, 3 bit/símbolo GMSK, 1 bit/símbolo
Velocidad de símbolo 270,833 ksim/s 270,833 ksim/s
Carga útil por ráfaga 346 bits 114 bits
Tasa binaria bruta por timeslot 69,2 kbit/s 22,8 kbit/s
Tabla 4.1 - 5 Comparación de la mejora EDGE vs. GSM
Durante este tiempo los fabricantes de sistemas radio (antenas y terminales) centraban sus
esfuerzos en adaptarse a la demanda del mercado. Mientras fabricantes de estaciones base y
operadores intentaban poblar grandes extensiones de terreno con antenas que permitieran

33
ofrecer un servicio de garantías al usuario, los fabricantes de móviles intentaban conseguir
proveer a sus terminales con el mayor número de capacidades de comunicación para los
distintos sistemas existentes en un entorno de total interoperabilidad (por ejemplo móviles
cuatribanda con posibilidad de funcionar en GSM900, GSM850, GSM1800, GSM1900 y
además ofrecer conectividad de datos GPRS y EDGE).
Mientras tanto la UIT (Union Internacional de las Telecomunicaciones), mediante el proyecto
IMT-2000 trabajaba para definir oficialmente el estándar que permitiera que todas las redes
3G fueran compatibles unas con otras. Como punto de partida se tomaron las siguientes
características que identificarían a las redes 3G: [21]
- Regímenes binarios / tasas de bit de hasta 2 Mbps.
- Tasas de bit variables que posibiliten ofrecer un determinado ancho de banda bajo
demanda.
- Multiplexación de servicios con diferentes requisitos de calidad en una única conexión
(por ejemplo voz, video y paquetes de datos).
- Flexibilidad en gestión del tráfico según requerimientos de retardos (tráfico en tiempo
real más prioritario).
- Calidad en tasa de error comprendida entre 10-1
y 10-6
bits.
- Coexistencia de sistemas de segunda y tercera generación simultáneamente, además de
Handovers entre sistemas que permitan balancear la carga de los sistemas y permitan
mejoras en la cobertura de los terminales.
- Soporte de tráfico asimétrico para bajada y subida (la navegación por internet consume
más tráfico de bajada que de subida).
- Alta eficiencia del espectro de frecuencia.
- Coexistencia de modos FDD y TDD.
Estos sistemas de comunicaciones móviles de tercera generación, también referidos como
UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) permitían por tanto mejorar las
capacidades de servicio de datos de los sistemas de segunda generación, para posibilitar la
transmisión de datos a altas velocidades que permitieran por ejemplo enviar y recibir
imágenes o video en alta calidad o proveer un acceso a la web con velocidades mayores.
En lo que respecta al interfaz aire, la UIT no definió un único estándar como tal que
posibilitara su uso internacionalmente, sino que debido a que las redes de segunda
generación ya se encontraban fragmentadas geográficamente de acuerdo al tipo de
multiplexación usada (TDMA vs CDMA) y a los planes de organización local de frecuencias, se
acordó la posibilidad de uso de diferentes estándares para las redes de acceso radio.
Fragmentación de las redes de segunda generación
GSM TDMA Originaria de Europa pero usada en la mayoría de
países de todos los continentes.
Alrededor de 60 operadores GSM también usan
CDMA2000 en la banda de 450 MHz (CDMA450).
IS-95 o cdmaOne CDMA Referida simplemente como CDMA en EEUU. Usada
en América y partes de Asia
Algunos operadores migraron desde este sistema a GSM
en países como Méjico, India, Australia y Corea del Sur
PDC TDMA Japón -
iDEN TDMA Red propia de los operadores Nextel (EEUU) y Telus
Mobility (Canada)
-
IS-136 o D-AMPS TDMA Referida simplemente como TDMA en EEUU. Fue el servicio mayoritario en América pero la mayoría
de operadores migraron a GSM.
Tabla 4.1 - 6 Fragmentación de las redes de segunda generación

34
En cuanto a las mejoras de la comunicación de voz que aporta la evolución de las redes 2G a
3G, se puede afirmar que no son especialmente llamativas. Si bien los sistemas 2G tienen la
desventaja de no poder proporcionar conexión de datos y voz simultáneamente (MultiRab),
ya que ambos canales de voz y datos son el mismo sistema, en los sistemas 3G los datos son
transmitidos en un canal independiente, aparte del canal de voz. Por lo tanto es posible la
transmisión de voz y datos al mismo tiempo (un usuario puede estar conectado a internet
mientras realiza una llamada).
Por otro lado el avance hacia las redes 3G permitió mejorar la manera en que se producía la
codificación-decodificación de la señal de audio en los sistemas 2G (codecs). GSM emplea
varios codecs de audio para comprimir el sonido transmitido a través de los terminales
móviles. Al principio dos codecs fueron empleados, Half Rate y Full Rate, que se llamaban así
debido a la relación que éstos guardaban con la forma en la que usaban el canal de
transferencia (de forma parcial o de forma completa respectivamente) en el que eran
empleados. Ambos codecs eran bastante eficientes en cuanto a compresión además de
implementar la identificación de partes importantes de audio permitiendo la priorización y
protección de dichas partes. A partir de 1997 comenzó a emplearse el codec Enhanced Full
Rate o EFR, que mejoró el estándar y usaba el canal de transferencia completamente.
Además de la familia GSM de codecs de voz, con el desarrollo de UMTS, EFR dio paso a un
codec de ratio variable llamado AMR-Narrowband. Éste tiene una calidad alta y es robusto
contra interferencias cuando es usado empleando el canal de transferencia completamente,
mientras que es menos robusto pero mantiene una calidad relativamente alta cuando es
usado en buenas condiciones empleando el canal de transferencia de forma parcial. [22]
Otra mejora en las comunicaciones de voz paralelamente a la aparición de los sistemas 3G
fue el facilitar la movilidad dentro de la zona de cobertura de un Operador, pero también
entre distintos Operadores y países, ampliándose el roaming de voz.
Hacer Roaming requiere de la interacción de más de un operador de telecomunicación. Por
un lado está el operador con el que el usuario mantiene una relación contractual en el país de
origen y por otro, el operador anfitrión ofrece la cobertura en el país visitado. Ambos
operadores necesitan establecer entre ellos una serie de negociaciones, donde entre otras
cosas acuerdan las tarifas de interconexión para los servicios ofrecidos. El incremento de
operadores dificulta cada vez más la obtención de niveles óptimos de cobertura
internacional, principalmente debido a que alcanzar acuerdos bilaterales requiere más
tiempo y esfuerzo, siendo necesaria mayor implicación por parte de determinados
departamentos de los operadores implicados como pueden ser ingeniería, asesoría jurídica o
fraude.
Si bien el Roaming no estaba vinculado a la aparición del 3G, debido al elevado coste que en
los inicios de las redes 3G tenía el uso de datos, apareció inicialmente sólo para las
comunicaciones de voz y por tanto se focalizó en las tecnologías 2G. Esto fue debido a que los
acuerdos bilaterales entre operadores para el uso de datos internacionalmente fueron más

35
difíciles de conseguir que para los servicios de voz y por ello los operadores limitaron
inicialmente el Roaming a sus redes 2G.
Más adelante, y debido a la intervención de la Asociación GSM (GSMA) que representa a más
de 700 operadores y más de 2,5 billones de usuarios, mediante el grupo de trabajo RBTF
(Roaming Broker Task Force) comenzó a promover la alternativa del Broker de Roaming, con
el fin de facilitar las relaciones de Roaming entre operadores. La implementación de estos
acuerdos de Roaming indirecto, permite a los clientes de una red móvil hacer Roaming en
otra red con la que su operadora no dispone de acuerdos. [23]
En el año 2005 un gran número de operadores empezaron por tanto a migrar sus sistemas a
tecnologías de tercera generación. Debido a las diferentes posibilidades de puesta en
práctica, los operadores, en mayor número acudieron al organismo 3GPP (Third Generation
Partnership Projects) formado a partir de descendientes del grupo GSM.
El medio de acceso adoptado por el 3GPP fue el WCDMA (Wideband Code Division Multiple
Access), puesto en uso en Europa y Asia, incluyendo Japón y Corea en la misma banda (2100
MHz), e incluso también en China por el operador China Unicom. Dentro del 3GPP, a WCDMA
se le conoce como UTRA (Universal Terrestrial Radio Access) FDD (Frequency Division
Duplex).
En Estados Unidos y debido a la herencia de uso de sistemas 2G CDMA (IS-95 o CDMAOne) y
al reparto de uso de frecuencias del espectro electromagnético en 2G que imposibilitaba la
puesta en práctica de WCDMA en algunos de los casos, se adoptó el estandar CDMA2000 1x,
estandarizado por el grupo 3GPP2
Sin embargo, quizá por razones práctico/económicas, ya que el uso de WCDMA requiere el
pago de derechos de patente a un gran número de titulares de patentes occidentales, la
Academia China de Tecnología de Telecomunicaciones (CATT, por sus siglas en inglés), Datang
Telecom y Siemens en un intento de evitar la dependencia de la tecnología occidental,
desarrollaron el sistema TD-SCMA (Time Division Synchronous Code Division Multiple Access
o Acceso múltiple por división de código), que fue puesto en práctica más tarde por el
operador China Mobile. [24]
Por tanto nos encontramos con 3 principales escenarios 3G en el mundo, CDMA2000 (EEUU),
WCDMA (Europa) y TD SCDMA (China), este último todavía no tan conocido a nivel mundial.
Estos modelos de comunicación móvil 3G, a su vez se implantaron en escenarios en donde las
tecnologías 2G ya se encontraban en uso, por tanto requerían de una total interoperabilidad
con los sistemas existentes. De esta manera, el estándar WCDMA debía de coexistir con el
GSM900/GSM1800 en la mayoría de los escenarios, mientras que CDMA2000 hubo de
interoperar con las tecnologías GSM850/GSM1900 (EEUU) y el TD-SCMA en el escenario
chino con las redes 2G ya implantadas GSM900/GSM1800.
De la misma manera que en los distintos países y operadores se utilizaron diferentes bandas
de operación para la implantación de las redes 2G, esto debería de ser también una

36
posibilidad en las redes 3G, permitiendo una mayor flexibilidad a la hora de su puesta en
escena.
Bandas de frecuencias y anchos de banda de canal UMTS-FDD
Número Banda
(MHz)
Nombre Banda de subida (MHz) Banda de bajada (MHz) Canales absolutos RF de UTRAN
Subida Subida
I 2100 IMT 1920 - 1980 2110 – 2170 9612 – 9888 10562 – 10838
II 1900 PCS A-F 1850 – 1910 1930 – 1990 9262 – 9538 9662 – 9938
III 1800 DCS 1710 – 1785 1805 – 1880 937 – 1288 1162 – 1513
IV 1700 AWS A-F 1710 – 1755 2110 – 2155 1312 – 1513 1537 – 1738
V 850 CLR 824 – 849 869 – 894 4132 – 4233 4357 – 4458
VI 800 830 – 840 875 – 885 4162 – 4188 4387 – 4413
VII 2600 IMT-E 2500 – 2570 2620 – 2690 2012 – 2338 2237 – 2563
VIII 900 E-GSM 880 – 915 925 – 960 2712 – 2863 2937 – 3088
IX 1700 1749,9 – 1784,9 1844,9 – 1879,9 8762 – 8912 9237 – 9387
X 1700 EAWS A-G 1710 – 1770 2110 – 2170 2887 – 3163 3112 – 3388
XI 1500 LPDC 1427,9 – 1447,9 1475,9 – 1495,9 3487 – 3562 3712 – 3787
XII 700 LSMH A/B/C 699 – 716 729 – 746 3617 – 3678 3842 – 3903
XIII 700 USMH C 777 – 787 746 – 756 3792 – 3818 4017 – 4043
XIV 700 USMH D 788 – 798 758 – 768 3892 – 3918 4117 – 4143
XV - - Reservada Reservada - -
XVI - - Reservada Reservada - -
XVII - - Reservada Reservada - -
XVIII - - Reservada Reservada - -
XIX 800 832,4 – 842,6 877,4 – 887,6 312 – 363 712 – 763
XX 800 EUDD 832 – 862 791 – 821 4287 – 4413 4512 – 4638
XXI 1500 UPDC 1447,9 – 1462,9 1495,9 – 1510,9 462 – 512 862 – 912
XXII 3500 3410 – 3490 3510 – 3590 4437 – 4813 4662 – 5038
XXV 1900 EPCS A-G 1850 – 1915 1930 – 1995 4887 – 5188 5112 – 5413
XXVI 850 ECLR 814 – 849 859 – 894 5537 – 5688 5762 – 5913
Tabla 4.1 - 7 Bandas de frecuencias y anchos de banda de canal UMTS-FDD
Globalmente podemos encontrarnos diferentes bandas en una misma área geográfica, si bien
la banda B1 es la más común y está extendida internacionalmente por Europa, África, Asia,
Oceanía y Brasil, B2 en América, B5 en Oceanía, América y Asia, B6 en Japón, B8 en Europa,
Asia y Oceanía, siempre en lugares donde no está implementada la banda de GSM-900.
Algunas de las bandas con numeración más elevada fueron añadidas para su implementación
en usos futuros. [25]
De igual modo, nos encontramos que otros países/operadores deciden implantar sistemas
con las tecnologías CDMA2000 o TD-SCMA, pero necesitan de un flexible espectro de bandas
de frecuencia, lo que conllevó a la aparición de distintas bandas de operación también para
estas tecnologías.
Bandas de frecuencia 3G UMTS - TDD
Referencia de banda Nombre Frecuencias
A Baja IMT 1900 - 1920
A Alta IMT 2010 - 2025
B Baja PCS 1850 - 1910
B Alta PCS 1930 - 1990
C PCS duplex gap 1910 - 1930
D IMT-E 2570 - 2620
E 2300 - 2400
F 1880 - 1920
Tabla 4.1 - 8 Bandas de frecuencia 3G UMTS - TDD
Podemos encontrar información detallada de las bandas utilizadas por cada operador en la
actualidad en los siguientes enlaces:

37
Europe / Middle East / Africa (EMEA): http://www.spectrummonitoring.com/frequencies/
Americas: http://www.spectrummonitoring.com/frequencies/frequencies2.html
Asia / Pacific: http://www.spectrummonitoring.com/frequencies/frequencies3.html
Un nuevo reto se presentaba por tanto para todos los participantes del juego. La puesta en
escena de un modelo de redes 2G/3G interconectadas. Aparecían nuevas oportunidades de
negocio, no solo para operadores y fabricantes de móviles, sino también para proveedores de
contenidos y aplicaciones que hicieran uso de las redes 3G con mayor capacidad de
transmisión de datos.
4.2.1 Arquitectura de red UMTS
En el momento de implementar una nueva red 3G es necesario asegurar la compatibilidad de
la red GSM con la nueva red UMTS. Algunos de los requisitos impuestos por los operadores a
la hora de poner en funcionamiento la red UMTS fueron los siguientes:
- Impacto mínimo en la red GSM, para que pueda seguir funcionando.
- Posibilidad de aumentar la cobertura según crezca la demanda.
- Disponibilidad de traspaso entre las redes GSM y UMTS. Para usuarios en movilidad las
redes deben de mantener el servicio cuando un usuario pasa de GSM a UMTS y
viceversa.
- Introducción de las nuevas BTSs (en UMTS conocidas como nodos B). Reutilización de los
emplazamientos usados en GSM en la medida de lo posible.
- Actualización del núcleo de red. Debido a que los elementos son los mismos que en
GSM, únicamente será necesario realizar una actualización del software de cada
dispositivo del núcleo de la red. Elementos destinados a la conmutación de circuitos
(MSC, GMSC, HLR/AuC/EIR, VLR) y de paquetes (SGSN, GGSN).
Figura 4.2 - 12: Escenario de implementación 3GPP Release 4.

38
Por tanto la puesta en marcha de la nueva red se basaba en dos aspectos principalmente, la
adición de los nuevos elementos de red UMTS y de su interoperabilidad con los elementos de
la red GSM, mediante su interconexión y actualización de software. [26]
No entraremos en más detalle respecto a la arquitectura de la red UMTS. Sin embargo es de
especial interés conocer cómo se gestiona el funcionamiento de las dos redes
simultáneamente ya que en posteriores temas nos veremos en la tesitura de estudiar la
interoperabilidad con una nueva red, la de cuarta generación 4G, también conocida
popularmente como LTE.
4.2.2 Interoperabilidad 3G – 2G, Reselección vs. Handover
Debido a la principal particularidad de los sistemas de comunicaciones móviles, que es, como
bien indica su nombre, que la comunicación sea móvil, las redes se enfrentan al problema de
tener que gestionar un servicio de calidad de un gran número de usuarios en movimiento.
Cuando un usuario se desplaza alejándose de la zona de cobertura de la celda o antena que le
presta servicio, se acercará a su vez a una zona de cobertura de una celda adyacente, tal y
como se espera en los sistemas con arquitectura de red celular. En ese momento es en el que
se produce el traspaso del terminal entre celda origen y celda destino.
Dicho terminal podrá encontrarse en diferentes estados de actividad dependiendo del uso al
que le esté sometiendo el usuario, que en los sistemas GSM y UMTS serán uno de los
siguientes:
a) CS Only Idle mode (PS Detached).
El terminal está conectado únicamente en modo CS (circuit switched), preparado para
recibir/originar una llamada.
b) GPRS (PS) Attached Idle mode. PDPc deactivated.
El terminal está conectado en modo circuito y en modo datos (Packet Switched), aunque
sin una sesión de datos establecida (PDPc o Packet Data Protocol Context).
c) GPRS (PS) Attached Idle mode. PDPc active.
El terminal está conectado en modo circuito y en modo paquetes (Packet Switched), y ha
establecido una sesión de datos, aunque no se están transmitiendo datos en ella.
d) GPRS Attached, PDPc active. Data transferred.
El terminal está conectado en modo circuito y en modo paquetes (Packet Switched), y ha
establecido una sesión de datos sobre la que se están transmitiendo datos.
e) Active voice call
El terminal tiene una llamada de voz en progreso.
f) Active video call (no disponible en 2G)
El terminal tiene una llamada de video en progreso.
g) Active voice call + Data transferred (raramente disponible en 2G, dependiendo del
operador)
El terminal tiene una llamada de voz en progreso y ha establecido una sesión de datos
sobre la que se están transmitiendo datos.

39
h) Active video call + Data transferred (no disponible en 2G)
El terminal tiene una llamada de video en progreso y ha establecido una sesión de datos
sobre la que se están transmitiendo datos.
En cualquiera de los estados anteriores ha de asegurarse que cuando se produce un traspaso
entre celdas se conserva el estado que se tenía en la celda origen al pasar a la celda destino.
Los tres primeros estados (a,b y c) se conocen como Idle (estados ociosos). Cuando se
produce un traspaso se dice que ha habido una reselección entre celdas o antenas. Debido a
que el terminal se encuentra en modo de espera, la red no tienen la necesidad de mantener
una comunicación constante, por tanto las reselecciones no son un procedimiento crítico
dentro de los traspasos.
En los restantes estados (d, e, f, g y h) el terminal está en Connected Mode (conectado). En
ellos el traspaso se conoce como Handover y requerirá una mayor gestión e interoperabilidad
del terminal con todos los elementos que forman parte de la red para conservar el estado
origen en la celda destino. Además han de realizarse de forma transparente para el usuario,
por tanto los Handover presentan una mayor complejidad, tanto desde el punto de vista del
terminal como desde el de la red.
Los estados f, g y h tienen como característica común su indisponibilidad en sistemas GSM, ya
que por un lado (estados f y h) estos sistemas no soportan videollamadas (al requerir de una
conexión de datos superior a la que puede ofrecer GSM), o bien (estado g) son inviables
debido a que requieren de unos recursos en el sistema GSM que este no puede proporcionar.
4.2.3 Distintos tipos de Handover
Anteriormente vimos como los Handover son un aspecto crítico en la gestión de movilidad,
tanto para terminales como para el conjunto de los elementos de la red.
Es lógico pensar que a medida que aumenta el número de elementos de la red que entran en
juego en un Handover, su complejidad será mayor. De ahí que principalmente los Handovers
se clasifiquen atendiendo al número de elementos que entran en juego en el traspaso, o lo
que es lo mismo, a su complejidad.
Como podemos observar en la figura siguiente, partimos de un esquema de arquitectura de
red simplificado, en el que tenemos representado los suficientes elementos de la red que nos
permiten contemplar todos y cada uno de los distintos tipos de Handovers existentes.

40
Figura 4.2 - 13: Representación de los Handovers en 2G y 3G
1) Softer HO. Intra Node B
2) Soft HO. Inter-Node B. Nodos B que comparten la misma RNC.
3) Soft HO. Entre diferentes LA o RA.
4) a) Soft HO. Different Node B not sharing the same RNC (with Iur Interface)
b) Hard HO. Different Node B not sharing the same RNC (without Iur Interface)
5) Hard HO. Diferentes frecuencias.
a) Entre diferentes nodos B.
d) Dentro del mismo nodo B, dentro de una misma celda (BS).
c) Dentro del mismo nodo B, entre distintas celdas (BS).
6) Hard HO. Inter-Band.
7) Hard HO. InterRAT.
a) 3G to 2G HO
b) 2G to 3G HO.
8) Otros tipos de Handovers (FDD/TDD, 2G/2G, 2G Inter-band)
A la vista de la clasificación anterior, podemos ver como todos los tipos de Handovers podrían
englobarse en tres categorías (Softer, Soft y Hard Handover). Pese a que las transiciones
entre una célula y otra se realiza de forma transparente al usuario, esta clasificación atiende a
la influencia que tiene en el terminal los distintos tipos de Handover. [26]
El Softer Handover es un traspaso que se produce entre dos celdas pertenecientes al mismo
nodo B. Durante el traspaso, el terminal mantiene un radioenlace con su BS origen a la vez

41
que establece simultáneamente otro canal de comunicación con la BS destino. Durante dicho
proceso, la transmisión se realiza en paralelo por los dos canales, es decir, no se produce
interrupción del enlace. Con dicho sistema se asegura una conexión con la estación base de la
nueva celda antes de cortar con la conexión antigua. Además como ambas BS se encuentran
emplazadas en el mismo nodo B, este podrá gestionar individualmente el traspaso sin la
necesidad de que entren en juego otros elementos de la red, por tanto proporciona mucha
fiabilidad (tasa de caída de llamadas mínima).
El Soft Handover parte del mismo principio, el terminal mantiene comunicación simultánea
con su BS origen y con la BS destino. La diferencia en este caso es que dichas estaciones base
pertenecen a distintos nodos B, por lo que necesitaran establecer una comunicación entre
ellas a través del RNC. Por ello consta de mayor complejidad dentro del núcleo de red que el
Softer Handover, pero para el terminal no hay gran diferencia ya que en todo momento
mantiene un enlace de comunicación.
El Hard Handover es básicamente un Handover entre distintas frecuencias (inter-frequency
HO). Sucede cuando un terminal se mueve de una BS a otra BS, entre las que es imposible la
comunicación con ambas BS simultáneamente (usando las mismas frecuencias). De esta
manera existe una pequeña desconexión con la BS origen antes de realizar la nueva conexión
a la nueva BS (suficientemente pequeña como para pasar desapercibida por los usuarios, del
orden de milisegundos). Por lo tanto el terminal se desconectará de la red durante una
llamada, con lo que es el tipo de handover menos fiable.
Ahora vamos a entrar en mayor detalle atendiendo a la clasificación obtenida a partir de la
figura, o lo que es lo mismo clasificando los Handovers desde el punto de vista de la red: [28]
1) Como vimos anteriormente un Softer Handover es aquel en el que el terminal realiza un
traspaso de celda dentro de un mismo nodo B. En realidad no es que existan distintas
celdas o antenas dentro de un nodo B, sino que dicho nodo B está dividido en sectores
(como vimos en el tema anterior), por lo que el cambio se produce entre sectores del
mismo nodo (BS1 y BS2). A efectos de la red, cada uno de estos sectores son reconocidos
por su Cell Id o Scrambling Code, que será diferente para cada uno de ellos, por lo que
comúnmente se denomina celda a cada sector de un nodo B. Cuando un terminal se
encuentra bajo una zona de solapamiento de cobertura de dos celdas diferentes, tendrá
dos conexiones físicas simultáneas que tendrá que gestionar. Esto se conoce como
macrodiversidad, el terminal recibe la misma señal de varias fuentes distintas que se
comunican con él en una misma frecuencia. El receptor puede combinar las distintas
señales recibidas para aumentar la calidad de la recepción. Para que esto suceda el
terminal deberá de estar equipado de un receptor Rake, que es capaz de decodificar varias
copias de una misma señal conocidos los códigos utilizados en cada celda. [29] De esta
manera, podrá suceder que un mismo terminal establezca conexiones con varias celdas,
ya que en ocasiones recibirá señales de celdas mediante reflexiones que supongan ser
candidatas a conseguir el Handover. Para gestionar todas estas conexiones, sin que se
produzca solapamiento, WCDMA utiliza un una codificación ortogonal de cada una de las

42
conexiones para que el terminal sea capaz de separar las señales. El terminal por su parte
utiliza un receptor Rake que está compuesto por varios ”correladores", comúnmente
llamados ’fingers’. Cada ’finger’ demodula de forma independiente una de las copias
recibidas de la señal original. La salida del receptor puede proveer varias señales
independientes o combinar las señales decodificadas para obtener mayor calidad. La
cantidad de correladores del receptor es específica de la implementación (en WCDMA por
su carácter ortogonal es de 8). Sin embargo se corre el riesgo de aumentar la interferencia
del sistema, al combinar del mismo modo distintas interferencias recibidas.
2) El Soft Handover actúa de la misma manera que el Softer Handover (de hecho el Softer
Handover es un tipo de Soft Handover dentro de un mismo nodo B), con la única
diferencia de que las celdas entre las que se produce el traspaso pertenecen a distintos
nodos B (BS2/NodoB1 – BS5/NodoB2). En cualquier caso el terminal y la red mantienen
simultaneas conexiones con todas las celdas que participan en el HO, para ello y como
vimos anteriormente tanto el UE como las celdas deben implementar receptores Rake.
En el contexto de una llamada en particular, se pueden dividir las celdas de la red en:
- Active Set: Celdas participando del SHO.
- Monitored Set: Celdas que no están participando del SHO, pero que son candidatas.
- Detected Set: Celdas no elegibles según el RNC, pero que son detectadas durante las
mediciones.
Para englobar las distintas celdas en una u otra categoría, el terminal realiza mediciones
periódicas en las que obtiene información de todas las celdas en las que se encuentra bajo su
zona de cobertura. Los diferentes tipos de medidas en el interfaz aire son: Medidas Intra-
frecuencia; Mediciones de potencia recibida de los canales de las otras celdas que se
encuentran en la misma frecuencia que el active set.
- Medidas Inter-frecuencia: Mediciones en canales de otras celdas o incluso de la propia
celda en frecuencia diferente a la que se encuentra el active set.
- Medidas Inter-RAT (Radio Access Technology): Mediciones en canales de otras celdas
pertenecientes a Tecnologías de Acceso Radio diferentes a UTRAN, por ejemplo GSM o
LTE.
- Medidas de volumen de tráfico, de calidad o de posicionamiento: Son mediciones que
afectan en menor medida a que se lleve a cabo un HO.
Tanto en el softer como en el soft HO, las medidas Intra-frecuencia son de vital importancia,
para que el elemento de la red que gestiona el HO, comparándolas con las medidas de
potencia del active set, decida realizar el traspaso.
En el Soft HO en este caso, no es el nodo B el que gestiona el HO, sino que es el RNC (Radio
Network Controller), el que gestiona en todo momento el procedimiento, desde que terminal
está conectado a una sola celda, a pasar a tener conexiones simultaneas, de la misma manera
que libera conexiones con las celdas que dejan de estar entre las celdas monitorizadas.

43
3) El siguiente tipo de Handover, no es más que un simple Soft Handover con una pequeña
particularidad, el traspaso se produce entre celdas pertenecientes a una distinta área de
localización (BS5/LA1 en verde - BS8/LA2 en morado). Un área de localización es un
conjunto de celdas dentro de la misma MSC con un canal de difusión (broadcast) común.
Por ejemplo, a través de este canal de difusión la red envía los avisos de llamada a los
terminales. También se usa para informar a los móviles del área de localización en la que
se encuentran, o para la recepción de mensajes SMS. Un terminal en movimiento siempre
mantendrá a la red informada al realizar un cambio de área de localización. Cuando una
estación móvil cambia de celda se pueden dar dos casos:
- Ambas celdas están en la misma área de localización (LA): la estación móvil no envía
ninguna información a la red.
- Las celdas pertenecen a diferentes áreas de localización (LA): la estación móvil informa a
la red de su cambio de LA. Este proceso complejo implica la entrada en escena de muchos
de los elementos de la red, a la vez que son utilizados gran número de recursos de
seálización.
Pero, ¿qué sucede cuando el móvil se encuentra realizando una llamada y realiza un HO entre
celdas de diferente LA? Bien, en este caso tanto la llamada como la actualización de LA
requieren de diferentes canales lógicos dedicados, lo que supondría una saturación de la red
y el terminal al realizar ambos procesos simultáneamente, por lo que se opta por realizar la
actualización de LA cuando el terminal vuelve a esta ocioso (idle state). Esto es viable, ya que
durante la llamada, el terminal siempre mantiene una conexión al RNC y por tanto este
conoce su localización y puede reportarlo al núcleo de la red si fuera necesario, incluso aún
habiendo cambiado de LA.
Por tanto se produce un Soft HO de la misma manera que en el apartado 2, pero
adicionalmente al finalizar la llamada se produce una actualización de LA, para que la red
conozca donde se encuentra el terminal para poder enviarle nuevas solicitudes de llamadas.
Un proceso muy similar se produce con los llamados Routing Area (RA). El RA es el
equivalente al LA en el dominio de paquetes (PS – packet switch), cuando el móvil esta GPRS
attached, con conexión a la red de datos. Normalmente son subdivisiones del LA ó a veces
poseen los mismos límites dentro de la red. La actualización del RA se realizará
posteriormente a la finalización de la llamada, de la misma manera que la actualización de LA,
con la diferencia de que en este caso entra en juego el "Serving GPRS Support Node" (SGSN)
de la red, en vez del MSC y sus HLR/VLR.
4) En este punto analizaremos un tipo de Handover en el que los nodos B se encuentran bajo
la influencia de RNC diferentes (BS8/RNC1 – BS11/RNC2), por tanto se conoce como inter-
RNC HO. En todos los HO vistos anteriormente el traspaso entre celdas era dentro de la
misma RNC y por tanto conocidos como intra-RNC. Para la gestión del Handover entran en
juego por tanto la RNC origen y la RNC destino que deberán de estar en comunicación bien
sea mediante conexión directa (Interfaz Iur), o bien a través del MSC cuando se de en una
red sin Interfaz Iur disponible.

44
a) Soft HO. Diferentes Nodos B que no comparten la misma RNC (con Interfaz Iur)
En este caso RNC origen y RNC destino se comunican para que el Handover se produzca
estableciendo un enlace entre la estación móvil y los nodos B origen y destino
simultáneamente, de ahí que sea un Soft HO.
b) Hard HO. Diferentes Nodos B que no comparten la misma RNC (sin Interfaz Iur)
La ausencia de un Interfaz Iur en la planificación del operador, provoca que el HO sea a
través del MSC y que por tanto se produzca una muy corta desconexión del canal de audio
al hacer la transición, por lo que hablaremos en este caso de un Hard HO.
5) Hasta ahora todos los casos de Handover que nos han ocupado se trataban de Intra-
frequency HO, es decir que se producían conservando la frecuencia de comunicación con
el nodo B origen y el nodo B destino. A partir de aquí trataremos un nuevo tipo de HO en
el que al realizar el traspaso a la celda destino cambia la frecuencia con la que se partía en
la comunicación en el origen, y por tanto conocidos como Inter-frequency Handovers.
Para comprender totalmente la explicación fijémonos en la figura, partimos de una celda
en el nodo B4 que establece una comunicación con nuestro terminal en la frecuencia f1, y
nuestro móvil se dirige a un área de cobertura en el que en el mismo emplazamiento se
encuentra un nodo B funcionando a diferentes frecuencias (f1 en azul y f2 en amarillo).
Realmente no serán dos nodos B físicamente los que se encuentren en el emplazamiento,
sino que un mismo nodo B puede ser configurado por SW para trabajar en diferentes
frecuencias.
a) Inter-frequency inter-Node B HO. El terminal se mueve entre nodos B diferentes,
partiendo de la BS11 (f1) a la BS14, esta última configurada para comunicarse con nuestra
estación móvil a dos diferentes frecuencias (f1 y f2). Se da la situación de que la frecuencia
candidata como Active Set en la BS destino es una frecuencia diferente (f2), y por tanto se
producirá un Hard Handover entre distintas frecuencias. Esto podría deberse por ejemplo
por sobrecarga en la frecuencia f1 en la celda BS11 o por cuestión de ofrecernos un servicio
optimizado al modo de operación de nuestro terminal (algunas BS configuran una
frecuencia para servicios de voz y otra distinta para priorizar los servicios de datos).
b) Inter-frequency intra-Node B intra-cell HO. En un momento dado puede suceder que la
BS que nos presta servicio decida realizar un cambio de frecuencia para optimizar nuestros
servicios (por ejemplo al detectar que hemos finalizado una sesión de datos pero la
llamada sigue activa en el terminal). Entonces se producirá un Hard Handover entre
distintas frecuencias (f2 a f1) dentro del mismo nodo B (intra-Node B), pero en la misma BS
(intra-cell).
c) Inter-frequency intra-Node B inter-cell HO. Ahora nos movemos entre dos celdas
pertenecientes al mismo nodo B (BS14 (f2) a la BS15). De nuevo nuestra frecuencia
candidata en la BS15 es distinta de nuestra frecuencia origen (f1), esta vez dentro del
mismo nodo B (intra-Node B), pero en la distinta BS (inter-cell).
6) Hard HO. Inter-Band. Nuestro terminal sigue su ruta dirigiéndose esta vez hacia el área de
cobertura del nodo B7 (en rojo con frecuencia f3). Ahora bien, nuestro nodo B7 no solo

45
trabaja a otra frecuencia distinta de las anteriores (f1 en azul y f2 en amarillo), sino que
dicha frecuencia se encuentra en una banda de frecuencia distinta a las anteriores. Por
ejemplo, como sucede comúnmente en Europa, varios operadores planifican su red
distribuyendo celdas en la banda 1 UMTS en entornos urbanos y por otro lado en la banda
8 en entornos rurales. Así pues, todos los HO vistos anteriormente se caracterizaban por
acontecer dentro de una misma banda de frecuencia (intra-band), mientras que en este
caso tenemos un inter-band HO.
7) Hard HO. InterRAT. No habrá pasado desapercibido en nuestra figura, que conjuntamente
al nodo B7 tenemos otra estación base de diferentes características (BTS1 en verde). Se
trata de una estación GSM que se encuentra en el mismo emplazamiento que el nodo B7.
Que en un mismo emplazamiento existan antenas de diversas tecnologías suele ser muy
común, ya que el operador únicamente tendrá que alquilar un único lugar en el que
establecer sus equipos. En ocasiones la BTS en cuestión cubre un área de mayor cobertura
que el nodo B, bien pudiera ser porque trabaja en una frecuencia menor y por tanto su
alcance será mayor (GSM 900 MHz frente a UMTS 2100 MHz), o bien el nodo B se
encuentre congestionado reduciendo su radio de cobertura, fenómeno que se conoce
como respiración celular, característico de UMTS.
a) 3G a 2G HO. Acto seguido nuestro terminal deja el área de cobertura 3G (BS17 a frecuencia
f3), de manera que se producirá el traspaso a la celda que presta servicio en ese punto
(GSM BS3) que dado el caso es una celda de diferente Tecnlogia de Acceso Radio, RAT por
sus siglas en inglés, con lo que se produce un Inter-RAT HO de 3G a 2G.
Dicho HO puede ser crítico en cierta medida, ya que los servicios prestados por una red 3G
son diferentes al de una red 2G, con lo que podrán darse casos en los que el terminal se
encuentre en un modo no soportado en 2G (como una videollamada, o una conexión
simultanea de voz y datos), y como consecuencia se terminará el servicio al proceder al
HO (videollamada caída o perdida de datos).
b) 2G a 3G HO. De manera opuesta, nuestro terminal se dirige de nuevo al área de cobertura
3G (encontrándose también dentro del área de cobertura 2G). En ciertos casos las redes
se configuran para ofrecer como servicio prioritario la tecnología 3G, de manera que se
producirá en este caso un Inter-RAT HO de 2G a 3G. Suele ser bastante raro encontrar
este tipo de HO en los diferentes operadores comerciales, sobre todo cuando el terminal
se encuentra en una llamada de voz.
Posteriormente nos veremos en la necesidad de estudiar otro tipo de inter-RAT HO, siendo
esta vez LTE (4G) una de las tecnologías origen o destino del HO.
8) Otros tipos de Handovers (FDD/TDD, 2G/2G, 2G Inter-band)
Debido a la variedad de redes 3G y 2G que podemos encontrarnos, existen multitud de
distintos tipos de Handovers. Característicos de la tecnología 2G son por ejemplo el HO
entre distintas celdas GSM, HO en los que cambia el cifrado al que se somete la voz, o
inter-band HO entre distintas bandas 2G (GSM900 a GSM1800 por citar uno).

46
Otros HO que podríamos encontrarnos característicos de sistemas 3G serían el HO de
balanceo de carga, en el que la red ‘obliga’ al terminal a que realice un traspaso a otra
celda para descongestionar la celda origen, o el HO de FDD a TDD y viceversa (o de UMTS
a TD-SCMA), aunque suele ser bastante raro debido a la escasez de operadores que han
implantado la tecnología TDD.

47
4.3 LOS SISTEMAS DE CUARTA GENERACIÓN.
EL SISTEMA LTE
Poco a poco, los nuevos usos que los usuarios de telefonía móvil empezaron a dedicar a los
terminales, comenzaron a demandar la aparición de nuevas tecnologías de comunicación
móvil. Conocidos los límites y las posibles mejoras de las redes 3G, el ITU establece la visión
estratégica de 4G. En 2005, se escoge la tecnología de trasmisión OFDMA. La organización
3GPP comenzó a desarrollar el proyecto LTE con el propósito de satisfacer la demanda de los
usuarios que requerían un mayor ancho de banda y capacidad para poder utilizar con
comodidad servicios como video en streaming, televisión móvil, contenidos web 2.0,
videoconferencias, MMOG (Juegos Masivos Multijugador Online) por sus siglas en inglés, y
demás. Todo esto con una característica común, el reciente aumento del uso de datos
móviles.
Entre los años 2005 y 2006, en Corea del Sur, el operador KT empezó a apostar por el servicio
móvil WiMAX para mejorar los servicios ofrecidos a sus clientes, mientras que de la misma
manera Sprint Nextel en Estados Unidos anunció que invertiría cinco mil millones de dólares
en la tecnología WiMAX. La empresa NTT DoCoMo en Japón, fue la primera en realizar
experimentos con las tecnologías LTE (en febrero de 2007), testeando un sistema prototipo
de 4G con 4x4 MIMO llamado VSF-OFCDM a 100 Mbps en movimiento, y 1 Gbit/s detenido.
No fue hasta 2010, cuando el ITU indicó que tecnologías consideradas 3G evolucionadas,
como lo son WiMax y LTE, podrían ser consideradas tecnologías 4G.
En ese mismo momento, poco antes del año 2010, las redes UMTS llegaban al 85% de los
abonados de móviles. Es por eso que el 3GPP quiso garantizar la ventaja competitiva del LTE
sobre otras tecnologías móviles. De esta manera, diseñó un sistema capaz de mejorar
significativamente la experiencia del usuario con total movilidad, utilizando el protocolo de
Internet (IP) para realizar cualquier conexión de tráfico de datos de extremo a extremo con
una buena calidad de servicio (QoS) y, de igual forma el tráfico de voz, apoyado en Voz sobre
IP (VoIP) que permite una mejor integración con otros servicios multimedia.
Ya por aquel entonces, en diciembre de 2009, se anuncia la primera implementación
comercial de LTE, en Estocolmo y Oslo, a través de TeliaSonera. [30] El módem ofrecido fue
manufacturado por Samsung. En cuanto a teléfonos que ofrecieran a la vez servicios de voz,
Samsung y HTC se destacaron como pioneros, anunciando en noviembre de 2008 el primer
móvil habilitado para WiMax, un móvil GSM conocido como HTC Max 4G, y en septiembre de
2010 lanzando el primer móvil LTE conjuntamente con el operador Metro PCS, el Samsung
Craft SCH-R900.
4G está basada completamente en el protocolo IP, siendo un sistema de sistemas y una red
de redes, que se alcanza gracias a la convergencia entre las redes de cables e inalámbricas.
Esta tecnología podrá ser usada por módems inalámbricos, móviles inteligentes y otros
dispositivos móviles. La principal diferencia con las generaciones predecesoras será la
capacidad para proveer velocidades de acceso mayores de 100 Mbit/s en movimiento y 1

48
Gbit/s en reposo, manteniendo una calidad de servicio (QoS) de punta a punta de alta
seguridad que permitirá ofrecer servicios de cualquier clase en cualquier momento, en
cualquier lugar, con el mínimo coste posible.
Si bien la primera implementación comercial de LTE se realizó en Escandinavia en diciembre
de 2009 seguida por los Estados Unidos y Japón en 2010, internacionalmente la
implementación se ha producido de una manera paulatina, sin que haya llegado a ser una
tecnología extendida totalmente. Por ello muchos usuarios de telefonía móvil del mundo
todavía no pueden beneficiarse de ella. En España contamos con redes LTE, desde el 30 mayo
de 2013, cuando Vodafone anuncia públicamente la cobertura 4G, con velocidades de hasta
150 Mbit/s. Poco tiempo más tarde, ese mismo verano, anunciaron sus nuevos servicios 4G el
resto de operadores españoles, Movistar, Orange y Yoigo.
4.3.1 Características técnicas
Desde que el organismo 3GPP contribuyera en gran medida al proyecto IMT-2000 de la ITU
con sus estándares UTRA FDD y UTRA TDD, comenzó un proceso colaborativo para el
desarrollo de los estándares y otras especificaciones técnicas aplicables a las comunicaciones
móviles. De esta manera tuvo un gran peso en la definición de la evolución del 3G,
identificándolo como LTE (Long Term Evolution) para el acceso radio, y SAE (Service
Architecture Evolution) para la parte núcleo de la red.
Sin embargo el 3GPP se erige como una organización investigadora y especialista en un
trabajo técnico detallado, pero no reguladora, por lo que las contribuciones y
recomendaciones en los estándares del organismo 3GPP pasan posteriormente al organismo
internacional ITU, especializado en el reconocimiento y aprobación de las tecnologías para su
implementación global. De este modo, al igual que para las tecnologías 3G se establecieron
unos requisitos dentro del marco IMT-2000, en este caso los requisitos y estándares 4G de la
UIT recogidos en el proyecto IMT-Advanced indican las siguientes características: [31]
• Para el acceso radio abandona el acceso tipo CDMA característico de UMTS y se optan por
técnicas de avanzado rendimiento radio como MIMO y OFDM
• Uso de SDR (Software Defined Radios) para optimizar el acceso radio.
• La red completa prevista es todo IP.
• Las tasas de pico máximas previstas son de 100 Mbit/s en enlace descendente y 50 Mbit/s
en enlace ascendente (con un ancho de banda en ambos sentidos de 20 MHz).
• Los nodos principales (celdas) dentro de esta implementación son el ‘Evolved Node B’ (BTS
evolucionada), y el 'System Access Gateway', que actuará también como interfaz a internet,
conectado directamente al Evolved Node B. El servidor RRM será otro componente, utilizado
para facilitar la inter-operabilidad con otras tecnologías.

49
Comparativa de los estándares LTE (3GPP) e IMT Advanced (ITU)
LTE versión 8 LTE Advanced (v.10) IMT Advanced
Pico de velocitad de datos
Bajada 300 Mbit/s 1 Gbit/s
1 Gbit/s
Subida 75 Mbit/s 500 Mbit/s
Pico de la eficiencia del
espectro [bit /(s Hz)]
Bajada 15 30 15
Subida 3,75 15 6,75
Tabla 4.3 - 9 Comparativa de los estándares LTE (3GPP) e IMT Advanced (ITU)
A la vista de la comparativa en la tabla anterior de las características obtenidas con el
estándar LTE (Long Term Evolution) de la norma 3GPP, con los requisitos definidos por la IMT-
Advanced en características de velocidades pico de transmisión y eficiencia espectral, se
puede afirmar que el LTE en su versión inicial no es 4G porque no cumple con los requisitos
definidos por la ITU. Sin embargo en multitud de ocasiones es referido por los operadores
como 4G como publicidad de sus servicios. Es por esta razón que en otras ocasiones nos
encontramos referencias a la versión 8 LTE del 3GPP como 3.9G, un paso previo para alcanzar
la meta final de los requisitos 4G de la UIT. Aun así la UIT declaró en 2010 que los candidatos
a 4G, como era éste, podían publicitarse como 4G.
En una posterior versión el 3GPP, lanzó las especificaciones de LTE Avanzado (versión 10), con
el objetivo de alcanzar y sobrepasar los requerimientos 4G de la ITU. LTE Advanced debe ser
compatible con los primeros equipos LTE lanzados, y debe compartir frecuencia de bandas
con el primer lanzamiento de LTE (versión 8), ya que con esta se tienen problemas en la
eficiencia del espectro de subida. Esto se soluciona agregando portadoras al LTE versión 8
(carrier aggregation), para adecuar y equiparar a la versión 10 que es la del LTE Advanced. Así
se consigue la tasa de bits necesaria, además, retrocompatibilidad con la versión 8 y
utilización flexible del ancho de banda. [32]
De entrada tanto UIT como 3GPP enfocan sus requisitos y especificaciones LTE/4G en mejorar
los servicios de datos, sin embargo en un segundo plano se establecen también otra serie de
condiciones paralelamente que mejoren los servicios de voz en 4G (cifrado, calidad de voz,
tiempo de establecimiento de llamada). Serán este tipo de servicios en los que entraremos en
detalle más adelante.

TFC Edgar Camara

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