Capítulo I - Fundamentos de Comunicaciones Móviles

CENTRO CULTURAL DE TELECOMUNICACIONES
FUNDAMENTOS DE
COMUNICACIONES MOVILES
Renzo Manuel
Hurtado Garrafa

FUNDAMENTOS DE COMUNICACIONES MOVILES
A. Evolución tecnológica
• 1887-1907 Telegrafía sin hilos: Heinrich Hertz verifica la teoría de Maxwell, Marconi
patenta el sistema completo de telegrafía sin hilos, el servicio comercial se inicio,
incluidos los sistemas transatlánticos buque-tierra
• 1904-1920 Comunicación con radios AM de radiodifusión; Bell System completa la
línea telefónica transcontinental con repetidores electrónicos, se introduce la telefonía
multiplexando la señal.
• 1931-1937 Se declara el uso de la modulación de radio frecuencia (FM). Alec Reeves
concibe la modulación por impulsos codificados (PCM).
• 1938-1945 Los sistemas de radar y microondas se desarrollan durante la Segunda
Guerra Mundial, se utiliza las comunicaciones FM para comunicaciones militares.

• 1944-1947 Se desarrollaron representaciones matemáticas del ruido, los métodos
estadístico para la detección de señales.
• Los teléfonos móviles tienen sus orígenes en la tecnología militar. Motorola desarrolló
un equipo de radio portátil AM durante la Segunda Guerra Mundial, y le llamaron el
"Handie-Talkie" (HT). Anteriormente se tuvo el walkie-talkie, era un equipo diseñado
para ser transportado en una mochila, mientras el HT era un equipo que podría ser
sostenido completamente en la mano. Ambos dispositivos funcionaban en base a
válvulas termoiónicas y se energizaban por medio de pilas secas de voltaje.
• 1953-1962 Se presenta los sistemas de comunicación por satélite. Sistemas de
transmisión de datos se usan para fines militares.
• 1962-1966 Servicio de transmisión de datos ofrecidos comercialmente; PCM resulta
factible para voz, se desarrolla la teoría de transmisión digital.

• 1966-1975 Se dispone de enlaces ópticos (rayos lazer y fibra óptica). Se emplea el
Ethernet LAN de Mercalfe.
• En 1981 el fabricante Ericsson lanza el sistema NMT 450 (Nordic Mobile Telephony
450 MHz) siendo el primer sistema de telefonía móvil mundial. Este sistema seguía
utilizando canales de radio analógicos (frecuencias en torno a 450 MHz) con
modulación en frecuencia (FM). Los equipos 1G pueden parecer algo aparatosos
para los estándares actuales pero fueron un gran avance para su época, ya que
podían ser trasladados y utilizados por una única persona. Esto posibilitó dar servicio
a un mayor número de usuarios y avanzar en la portabilidad de los terminales.
Además del sistema NMT, en los 80 se desarrollaron otros sistemas de telefonía móvil
tales como: AMPS (Advanced Mobile Phone System) en EE. UU. y TACS (Total Access
Comunication System).
• 1975-1985 Sistemas de alta capacidad opticos desarrollados, el avance de la
tecnología optica y sistemas de conmutación totalmente integradas, procesamientos de
señal digital. Internet sobre el protocolo TCP/IP.

• La tecnología celular se fue desplegando alrededor de todo el mundo y muchos
estándares se introdujeron. A pesar de que los sistemas análogos operaban de
manera correcta, esta tenían ciertos inconvenientes. La idea de un sistema digital
tomaba forma. El primero se llamó Groupe Speciale Mobile.
• El sistema cambió de nombre “Global System for Mobile Communications”,
manteniéndose la abreviación GSM. El trabajo inicial empezó en 1982. Un total de
26 compañías de telecomunicaciones junto con Europa se unieron en el desarrollo del
nuevo sistema, utilizando al principio la banda de 900MHz a mediados de 1991.
• En la década de 1990 nace la segunda generación, que utiliza sistemas como GSM,
IS-136, iDEN e IS-95. Las frecuencias utilizadas en Europa fueron de 900 y 1800
MHz. El estándar que ha universalizado la telefonía móvil ha sido el archiconocido
GSM: Global System for Mobile communications o Groupe Spécial Mobile. Se trata
de un estándar europeo nacido de los siguientes principios: Buena calidad de voz
(gracias al procesado digital), itinerancia (Roaming), deseo de implantación
internacional, terminales realmente portátiles (de reducido peso y tamaño) e
instauración de un mercado competitivo con multitud de operadores y fabricantes.

• 1990-1997 GSM se emplea de forma comercial y se expande rápidamente los
servicios de internet.
• 1997-2004 La empresa de telecomunicaciones avanza a pasos agigantados, los
sistemas celulares de segunda generación se actualizan a proporcionar datos por
conmutación de paquetes de mayor velocidad de servicio.
• 2005 Surgen los sistemas de celulares de tercera generación y las tecnologías WLAN
proporcionan servicios de datos. Las aplicaciones de tecnología inalámbricas se
expanden mundialmente, la red evoluciona hacia la conmutación de paquetes.
• 2010 Se inicia el reinado de Long Term Evolution (LTE) o comúnmente llamado
Comunicaciones Móviles 4G, brindando altas velocidades de navegación de datos
muy superior a su predecesor 3G.
• 2013 Se realiza la primera interacción del Perú con las redes 4G.

En los sistemas de telecomunicaciones, un componente importante es el medio de
transmisión o canal que es el componente que permite el transporte de las señales
de un punto a otro puto distante.
Este medio de transmisión puede adoptar diferentes tecnologías, es más, el hombre
ha desarrollado una serie de procesos que permiten el transporte de las señales de
un extremo a otro.
Los medios de transmisión pueden ser físicos (también llamados medios guiados) o
inalámbricos, es decir, que usan el espectro radioeléctrico para su propagación de
un punto a otro punto (comunicaciones no guiadas o inalámbricas).
B. Sistemas de comunicaciones

Medios guiados, se utiliza para instrumentar lo que se conoce como cableado de
la red. Este se refiere al medio físico que se usa para conectar entre si las
estaciones de trabajo de los usuarios y con otros dispositivos para conseguir
intercambio de información.
Medios no guiados, se trata de un medio electromagnético. Se producen mediante
el empleo de antenas y una fuente de corriente alterna normalmente de alta
frecuencia, cuando la fuente se conecta a la antena convirtiendo la señal eléctrica
recibida en señales electromagnéticas que tienen como propiedad elemental el
propagarse por el espacio libre

Medios guiados

Medios no guiados

Perturbaciones en la transmisión
Atenuación, La potencia de una señal decae con la distancia, por lo que se debe
tomar las precauciones del caso, como el que llegue con la suficiente energía para
ser captada e interpretador por el sistema de recepción, el ruido debe ser
sensiblemente menor que la señal original (para mantener la en valores óptimos la
señal se emplean amplificadores o repetidores).
Distorsión de retardo, La velocidad de propagación de una señal senoidal a lo
largo de una línea de transmisión varía con la frecuencia. Debido a este fenómeno
al transmitir una señal digital, las diferentes componentes en frecuencia que la
constituyen (debidas a las transiciones) llegaran al receptor con retrasos variables,
y esto produce una distorsión por retardo. La distorsión de este tipo aumenta
conforme se incrementa la tasa de Bits llegando a producir en algunos casos una
interpretación errónea de los datos en el receptor, ya que se crean ciertos
componentes en frecuencia del BIT anterior y que se ven retrasados y superpuestos
con el siguiente.

Ruido, se denomina ruido a todas aquellas señales ajenas al emisor, que se mezclan
e interfieren a la señal transmitida.
Interferencias, uno de los aspectos fundamentales que afecta a la gestión del
espectro radioeléctrico son las interferencias. En un sentido amplio, las interferencias
se definen como el efecto de una energía no deseada sobre la recepción en un
sistema de radiocomunicación, lo que provoca una degradación de la calidad,
falseamiento o pérdida de información respecto a la que se podría obtener en
ausencia de la misma. Las interferencias pueden ser debidas a muy diversos
motivos: otras emisiones, radiaciones, inducciones o cualquier combinación de las
anteriores.

• Ruido térmico: Es el ruido producido por la agitación térmica de los electrones, y
es uniforme en todo el ancho de banda. La potencia de ruido generada
depende solo de la temperatura del objeto, y no de su composición.
• Ruido de intermodulación: Corresponde a los armónicos que surgen a frecuencias
no deseadas, que se producen en el proceso de modulación.
• Diafonía: Este tipo de ruido es el producido por el acoplamiento mutuo entre
cables de transmisión (cuando la señal circulante que pasa por un conductor
perturba a la que circula por otro).
• Ruido impulsivo: Este ruido es el producido por interferencias electromagnéticas,
originadas por fuentes externas (motores, sist. de conmutación como relevos,
etc.).
• Ruido Atmosférico: Existe un ruido que es interceptado por la antena llamado
ruido atmosférico. El ruido atmosférico es muy alto para bajas frecuencias, y
decrece cuando se incrementa la frecuencia.

Modos de propagación
Las ondas radioeléctricas se propagan en el espacio con la misma velocidad de la
luz 300000 kilómetros por segundo aproximadamente. La energía viajará desde el
punto al receptor de acuerdo a un determinado mecanismo o modo de
propagación, que será función de la frecuencia de la emisión y de las
características físicas del circuito.

Las ondas de radio se pueden propagar de acuerdo a los siguientes modos de
propagación:
• Onda de superficie: su alcance depende de la calidad del terreno en lo
referente a la conductividad, la frecuencia de trasmisión y la potencia de
emisión. Su cobertura puede llegar al orden de los cientos de kilómetros.
• Onda ionosférica: la elección de la frecuencia de trabajo en muy importante
en este tipo de propagación, su cobertura puede llegar a miles de kilómetros.
• Onda de espacio: se trata de enlaces de visibilidad directa. La propagación en
línea recta se caracteriza porque la onda emitida desde la antena transmisora,
viaja en forma directa a la antena receptora sin tocar el terreno ni la
atmósfera. Estos deben tener línea de vista. Un ejemplo practico de esta forma
de transmisión lo constituyen los servicios portadores de microondas.

Una antena es una estructura de metal que permite emitir o recibir ondas de radio que
viajan por el aire.
Hay antenas de muy distinta forma, pero todas ellas están hechas de materiales que
conducen la electricidad (como el cobre, el aluminio o el acero).
C. Introducción a las antenas

Si conectas un transmisor a la antena, y el transmisor introduce en ella una corriente
eléctrica alterna, entonces la antena emitirá ondas de radio.
TRANSMISOR
1. El micrófono convierte la voz en una señal eléctrica que viaja por un cable hasta el
transmisor.
2. El transmisor coge la señal eléctrica de voz, la convierte en otra señal también
eléctrica, pero que la antena puede transformar mejor en ondas de radio (esto se
llama MODULACIÓN).
3. El transmisor aumenta mucho la potencia de la nueva señal para que las ondas de
radio lleguen lejos.
4. Finalmente la antena crea ondas de radio, que llevan la información de voz a
decenas de kilómetros de distancia.

Se emiten desde una “estación transmisora” (Tx) y se reciben en una “estación receptora” (Rx).
Pero las ondas de radio que emite una antena tienen un problema: cuanto más lejos están la
antena receptora menos potencia de la señal de radio se puede recoger.
El motivo es que la onda cubre más y más superficie al propagarse, y la potencia inicial tiene
que repartirse en frentes de ondas cada vez mayores.
• Justo al salir la onda de la antena disponemos de una potencia de 1 W en una superficie
de 1 m2 --> por tanto en el frente de ondas tenemos 1W por cada m2
• 100 m más adelante la potencia total del último frente de onda sigue siendo de 1 W, pero
ahora debe repartirse en una superficie 100 x 100 = 10.000 veces mayor --> luego a
esa distancia disponemos de 0’0001 W por cada m2
Tx Rx
Las ondas de radio son ondas electro-magnéticas
que viajan por el aire a la velocidad de la luz.

Las ondas de radio llegan a la antena receptora, que las convierte en señal eléctrica. Las
ondas de radio llegan a la antena receptora, que las convierte en señal eléctrica.
1. Amplifica la señal porque, como hemos visto, a la antena llega muy poca potencia
2. La convierte en otra señal eléctrica distinta que sí pueda ser convertida en voz por el
altavoz (esto se llama DEMODULACIÓN)
RECEPTOR

Antena Omnidireccional
Es aquella antena que radia potencia uniformemente en el plano azimutal y a la
ves tiene un patrón directivo en el plano de elevación.
Antena Dipolo Patrón de radiación 3D del Dipolo

Patrón del dipolo en el Plano Azimutal Patrón del dipolo en el Plano de Elevación
El patrón de radiación de la antena omnidireccional se puede apreciar en
la siguiente figura desde dos aspectos diferentes:

Orientación de antena: (plano de elevación)
El concepto de antena omnidireccional es el de transmitir potencia uniforme en todas
direcciones en ese sentido, como se presente el diagrama es irrelevante. Por ejemplo aquí
se presentan dos diagramas de la misma antena pero una correspondiente a una
orientación física vertical y la otra con orientación horizontal.
Plano de elevación 1 Plano de elevación 2

Antena Omnidireccional (mayor directividad):
Una antena omnidireccional con una mayor directividad tiene un patrón de radiación tal
como se ve en los diagramas:
Patrón del Plano azimutal Patrón del Plano de elevación Patrón de radiación 3D

Antena Direccional:
Una antena direccional es aquella que radia mas potencia en una dirección que en
otra tanto en el plano azimutal como en el plano de elevación.
Antena Yagui Patrón de radiación 3D Antena Yagui

Antena Direccional (planos de radiación):
Aquí podemos ver una direccionalidad de antena en el sistema de coordenadas
polar.
Antena Yagui Patrón plano azimutal Antena Yagui Patrón plano de elevación

Antena Sectorial:
Es una antena especializada orientada principalmente para exteriores y para
cubrir grandes espacios físicos, esta antena consta normalmente de un arreglo de
dipolos. Su categorización se basa en su ancho de haz a 3db (HPBW).
Antena sectorial Patrón 3D Antena sectorial Patrón 3D
(Vista lateral)
Antena sectorial Patrón 3D
(Vista frontal)

Antena sectorial: (planos de azimut y elevación)
Podemos observar que los patrones de radiación en los planos de azimut y
elevación difieren totalmente.
(Vista superior)
(Plano Azimut)
(Plano de Elevación)

Antena sectorial: (problema de los planos nulos)
Para antenas sectoriales montadas por necesidad en torres altas encontramos el
problema de los Planos nulos.

CENTRO CULTURAL DE TELECOMUNICACIONES
GRACIAS
POR SU ATENCIÓN

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