1. U.N.E.F.A. Ingeniería en Telecomunicaciones Redes Celulares Sistemas de Comunicaciones I Redes Celulares Prof. Egleany Fernández

2. Las tecnologías inalámbricas han tenido mucho auge y desarrollo en estos últimos años. Una de las que ha tenido un gran desarrollo ha sido la telefonía celular. Desde sus inicios a finales de los 70 ha revolucionado enormemente las actividades que realizamos diariamente. Los teléfonos celulares se han convertido en una herramienta primordial para la gente común y de negocios; las hace sentir más seguras y las hace más productivas. BREVE HISTORIA DE LA TELEFONIA CELULAR Martin Cooper fue el pionero en esta tecnología, a él se le considera como "el padre de la telefonía celular" al introducir el primer radioteléfono, en 1973, en Estados Unidos, mientras trabajaba para Motorola; pero no fue hasta 1979 cuando aparecieron los primeros sistemas comerciales en Tokio, Japón por la compañía NTT. En 1981, los países nórdicos introdujeron un sistema celular similar a AMPS (Advanced Mobile Phone System). Por otro lado, en Estados Unidos, gracias a que la entidad reguladora de ese país adoptó reglas para la creación de un servicio comercial de telefonía celular, en 1983 se puso en operación el primer sistema comercial en la ciudad de Chicago. Sistemas de Comunicaciones I Redes Celulares Prof. Egleany Fernández

8. La 2G arribó hasta 1990 y a diferencia de la primera se caracterizó por ser digital. EL sistema 2G utiliza protocolos de codificación más sofisticados y se emplea en los sistemas de telefonía celular actuales. Las tecnologías predominantes son: GSM (Global System por Mobile Communications); IS-136 (conocido también como TIA/EIA136 o ANSI-136) y CDMA (Code Division Multiple Access) y PDC (Personal Digital Communications), éste último utilizado en Japón. La mayoría de los protocolos de 2G ofrecen diferentes niveles de encripción. En Estados Unidos y otros países se le conoce a 2G como PCS (Personal Communication Services). SISTEMAS DIGITALES: ACCESO TDMA Los sistemas digitales se realizaron para poder manejar información de voz y datos, por lo que la voz es digitalizada por métodos predictivos, y se le aplica una modulación digital del tipo FSK (FSK, PSK, MSK). Sistemas de Comunicaciones I Redes Celulares Prof. Egleany Fernández

9. En TDMA: La tecnología TDMA comprime las conversaciones (digitales), y las envía cada una utilizando la señal de radio por un tercio de tiempo solamente. La compresión de la señal de voz es posible debido a que la información digital puede ser reducida de tamaño por ser información binaria (unos y ceros). Debido a esta compresión, la tecnología TDMA tiene tres veces la capacidad de un sistema analógico que utilice el mismo número de canales. La transmisión es simultánea, pero discontinua, en la misma frecuencia portadora de ráfagas o paquetes por los distintos usuarios. Cada receptor selecciona la ráfaga con su número y desprecia las demás Sistemas de Comunicaciones I Redes Celulares Prof. Egleany Fernández 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

11. Global System for Mobile Communications (GSM: originalmente de Groupe Spécial Mobile) es el estándar más popular para los teléfonos móviles en el mundo. Su promotor, la GSM Association, estima que el 82% del mercado mundial de telefonía móvil utiliza el estándar . GSM es utilizada por más de 3 millones de personas a través de más de 212 países y territorios. Su ubicuidad hace que la itinerancia internacional muy común entre los operadores de telefonía móvil, lo que permite a los abonados utilizar sus teléfonos en muchas partes del mundo. GSM difiere de sus predecesores en tanto que expresión de señalización y los canales son digitales, y por lo tanto se considera una segunda generación (2G), sistema de telefonía móvil. Esto también ha significado que la comunicación de datos es fácil construir en el sistema GSM también fue pionera en una alternativa de bajo costo para llamadas de voz, el servicio de mensajes cortos (SMS, también llamados "mensajes de texto"), que es ahora apoyado en móvil otras normas también. Otra ventaja es que la norma en todo el mundo incluye un número de teléfono de emergencia, 112. Esto hace que sea más fácil para los viajeros internacionales para conectarse a los servicios de emergencia sin saber el número de emergencia local. Nuevas versiones de la norma son compatibles hacia atrás con el original de los teléfonos GSM. Por ejemplo, el módulo 97 de la norma añade capacidades de paquetes de datos, a través de General Packet Radio Service (GPRS). Release'99 presenta mayor velocidad de transmisión de datos utilizando Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE). Sistemas de Comunicaciones I Redes Celulares Prof. Egleany Fernández

12. La red detrás del sistema GSM visto por el cliente es grande y complicado con el fin de proporcionar todos los servicios que se requieren. Se divide en varias secciones y éstas son cada cubiertos en artículos separados. El Subsistema de Estación Base (las estaciones de base y sus controladores). La Red y Subsistema de conmutación (la parte de la red más similar a una red fija). Esto es a veces también llamado simplemente la red básica. GPRS Core Network (la parte facultativa que permite paquete basado en las conexiones a Internet). Todos los elementos en el sistema se combinan para producir muchos servicios GSM, tales como llamadas de voz y SMS. Sistemas de Comunicaciones I Redes Celulares Prof. Egleany Fernández

13. Sistemas de Comunicaciones I Redes Celulares Prof. Egleany Fernández

14. Finalmente el hecho por que dicha tecnología no se difundió más es porque se debate la interferencia de dichos teléfonos con otros equipos electrónicos como sistemas de navegación aérea, auxiliares de audición y posiblemente con algunos marcapasos (RFI, Radio Frecuency Interference). La interferencia se debe a que dichos equipos utilizan cristales en sus circuitos los cuales oscilan a frecuencias que son utilizadas por el teléfono y se produce la interferencia, hecho que no sucede en los teléfonos de tecnología CDMA Generación 2.5 G Muchos de los proveedores de servicios de telecomunicaciones se movieron a las redes 2.5G antes de entrar masivamente a la 3. La tecnología 2.5G es más rápida, y más económica para actualizar a 3G. La generación 2.5G ofrece características extendidas, ya que cuenta con más capacidades adicionales que los sistemas 2G, como: GPRS (General Packet Radio System), HSCSD (High Speed Circuit Switched), EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution), IS-136B e IS-95Bm ebtre otros. Los carriers europeos y estadounidenses se moverán a 2.5G en el 2001. Mientras que Japón irá directo de 2G a 3G también en el 2001. Sistemas de Comunicaciones I Redes Celulares Prof. Egleany Fernández

15. CDMA La tecnología CDMA es muy diferente a la tecnología TDMA. La CDMA, después de digitalizar la información, la transmite a través de todo el ancho de banda disponible. Varias llamadas son sobrepuestas en el canal, y cada una tiene un código de secuencia único. Usando al tecnología CDMA, es posible comprimir entre 8 y 10 llamadas digitales para que estas ocupen el mismo espacio que ocuparía una llamada en el sistema analógico. En CDMA la transmisión es simultánea e ininterrumpida de varias comunicaciones en la misma frecuencia pero con códigos de dirección diferentes. El receptor acepta solo las señales que traen su propio código y expande las demás, considerándolas como ruido. Sistemas de Comunicaciones I Redes Celulares Prof. Egleany Fernández

16. Sistemas de Comunicaciones I Redes Celulares Prof. Egleany Fernández

18. Tercera generación 3G. La 3G se caracteriza por contener a la convergencia de voz y datos con acceso inalámbrico a Internet; en otras palabras, es apta para aplicaciones multimedia y altas transmisiones de datos. Los protocolos empleados en los sistemas 3G soportan altas velocidades de información y están enfocados para aplicaciones más allá de la voz como audio (mp3), video en movimiento, videoconferencia y acceso rápido a Internet, sólo por nombrar algunos. Se espera que las redes 3G empiecen a operar en el 2001 en Japón, por NTT DoCoMo; en Europa y parte de Asia en el 2002, posteriormente en Estados Unidos y otros países. Asimismo, en un futuro próximo los sistemas 3G alcanzarán velocidades de hasta 384 kbps, permitiendo una movilidad total a usuarios, viajando a 120 kilómetros por hora en ambientes exteriores. También alcanzará una velocidad máxima de 2 Mbps, permitiendo una movilidad limitada a usuarios, caminando a menos de 10 kilómetros por hora en ambientes estacionarios de corto alcance o en interiores. Sistemas de Comunicaciones I Redes Celulares Prof. Egleany Fernández

19. Telefonía móvil 4G 4G (también conocida como 4-G) son las siglas de la cuarta generación de tecnologías de telefonía móvil. A día de hoy no hay ninguna definición de la 4G, pero podemos resumir en qué consistirá en base a lo ya establecido. La 4G estará basada totalmente en IP siendo un sistema de sistemas y una red de redes, alcanzándose después de la convergencia entre las redes de cables e inalámbricas así como en ordenadores, dispositivos eléctricos y en tecnologías de la información así como con otras convergencias para proveer velocidades de acceso entre 100 Mbps en movimiento y 1 Gbps en reposo, manteniendo una calidad de servicio ( QoS ) de punta a punta (end-to-end) de alta seguridad para permitir ofrecer servicios de cualquier clase en cualquier momento, en cualquier lugar, con el mínimo coste posible. Se define 4G como una red que funcione en la tecnología de Internet, combinándola con otros usos y tecnologías tales como Wi - Fi y WiMAX .La 4G no es una tecnología o estándar definido, sino una colección de tecnologías y protocolos para permitir el máximo rendimiento de procesamiento con la red inalámbrica más barata. El IEEE aún no se ha pronunciado designando a la 4G como “más allá de la 3G”. En Japón ya se está experimentando con las tecnologías de cuarta generación, estando NTT DoCoMo a la vanguardia. Sistemas de Comunicaciones I Redes Celulares Prof. Egleany Fernández

20. CONCEPTO CELULAR La gran idea del sistema celular es la división de la ciudad en pequeñas células o celdas. Esta idea permite la re-utilización de frecuencias a través de la ciudad, con lo que miles de personas pueden usar los teléfonos al mismo tiempo. En un sistema típico de telefonía análoga de los Estados Unidos, la compañía recibe alrededor de 800 frecuencias para usar en cada ciudad. La compañía divide la ciudad en celdas. Cada celda generalmente tiene un tamaño de 26 kilómetros cuadrados. Las celdas son normalmente diseñadas como hexágonos (figuras de seis lados), en una gran rejilla de hexágonos. Ficticia Ideal Real Sistemas de Comunicaciones I Redes Celulares Prof. Egleany Fernández

21. A medida que el tamaño de la celda decrece, la capacidad de transporte de trafico AUMENTA, de esta manera, las celdas comienzan grandes mientras que el sistema crece se dividen. Sistemas de Comunicaciones I Redes Celulares Prof. Egleany Fernández

22. 100 canales pueden soportar 100 llamadas simultaneas, si los 100 canales los dividimos entre 100 diferentes cell sites, reutilizando frecuencias apropiadamente, podemos soportar miles de llamadas simultaneas, UNA MEJORA SUSTANCIAL El MTSO (Mobile Telephone Switching Office) realiza todas las conexiones, es el puente entre la PSTN y los cell sites. También controla todos las celdas y administra y gerencia los móviles vía el canal de control. Funciones del canal de control: registro de móviles (el sistema sabe donde ubicarlos), Paging (el sistema llama a los móviles a través de este), móviles inician la llamada a través de este, luego se pasa al canal de voz Sistemas de Comunicaciones I Redes Celulares Prof. Egleany Fernández

24. ARQUITECTURA DEL SISTEMA CELULAR Lo primero que se debe saber sobre una red celular es que se diseña dependiendo del mercado. En la industria inalámbrica, las áreas de cobertura se conocen como áreas estadísticas metropolitanas (MSA) y áreas estadísticas rurales (RSA). Los dos bloques de frecuencia dentro de un área de mercado se etiquetan como sistema A o sistema B. Los teléfonos celulares deben estar en la capacidad de poder trabajar en ambos sistemas sin importar la tecnología de esa red. Es decir, si el sistema A es una red AMPS analógica y el sistema B es una red CDMA, los usuarios podrán utilizar sus teléfonos en ambos sistemas. El corazón de las redes celulares es el MSC (Mobile Switching Center), el cual se encarga de administrar el enrutamiento de las llamadas dentro de la red. También controla los handoffs y los accesos a ciertas características de los sistemas y accesos a las bases de datos de la red. Existe un MSC por cada MSA o RSA. El MSC también se encarga de coordinar los cambios de un sitio celular a otro, también envía alertas a los teléfonos móviles, registra los momentos en que cada celular es prendido y administra las conexiones con la red PSTN. Sistemas de Comunicaciones I Redes Celulares Prof. Egleany Fernández

25. Sistemas de Comunicaciones I Redes Celulares Prof. Egleany Fernández

31. BSS. Subsistema de Estaciones Base Elementos: BSC: Controlador de Estaciones Base (Base Station Controller), es el elemento central de la red y controla la red radio (Gestión de la movilidad, establecimiento de la conexión entre la MS y el NSS, recogida de material estadístico y soporte de la señalización con el MS y el NSS. BTS: Estación Base de Transceptores (Base Transceiver Station), es el elemento de la red que mantiene el interfaz aire y el procesamiento de la voz. El Sistema de Transmisión también se considera parte de la red de estaciones base. Sistemas de Comunicaciones I Redes Celulares Prof. Egleany Fernández BTS BSC Sistema de Transmisión

36. INTERFACES DE LA RED CELULAR 1.- Interfaz MS - BTS o interfaz aire 2.- Interfaz BTS - BSC 3.- Interfaz BSC - MSC 4.- Interfaces O&M 5.- Interfaz al BC 6.- Interfaces a otras redes Sistemas de Comunicaciones I Redes Celulares Prof. Egleany Fernández MS BTS MSC BSC O&M BC PSTN PSPDN ISDN 1 2 3 5 4 4 6

42. REGISTRO El registro se produce cuando el móvil es encendido, da conocimiento a la red de que está encendido y su ubicación 1.- El móvil comienza a explorar los canales y se engancha al canal de señalización más fuerte. 2.- Por el enlace ascendente del canal de señalización envía un mensaje a la red de REGISTRO 3.- La BTS envía este mensaje al MSC a través del BSC, se incluye como información además del número de móvil el AREA DE LOCALIZACIÖN DE LA BTS. 4.- La MSC le envía esta información al HLR-VLR donde se incluye la información del móvil que lo coloca como "activo" Sistemas de Comunicaciones I Redes Celulares Prof. Egleany Fernández M S BTS BSC PSTN PSPDN ISDN MSC HLR VLR EIR AC

43. DESREGISTRO El desregistro se produce cuando el móvil es apagado, da conocimiento a la red de no estará activo 1.- Por el enlace ascendente del canal de señalización envía un mensaje a la red de DEREGISTRO 2.- La BTS envía este mensaje al MSC a través del BSC 3.- La MSC le envía esta información al HLR-VLR donde se modifica la información del móvil, que lo coloca como "apagado" Sistemas de Comunicaciones I Redes Celulares Prof. Egleany Fernández MS BTS BSC MSC HLR VLR 1, 2 3 3 4

44. ACTUALIZACIÓN DE LA LOCALIZACIÓN La actualización de la localización se produce cuando el móvil "activo y sin llamada" se traslada de una BTS con un área de localización X a otra BTS con otra área de localización Y. 1.- Por el enlace ascendente del canal de señalización envía un mensaje a la red de ACTUALIZACIÓN DE LA LOCALIZACIÓN donde se incluye el número de móvil y el identificador de la nueva área de localización (Y) 2.- La BTS envía este mensaje al MSC a través del BSC 3.- La MSC le envía esta información al HLR-VLR donde se modifica la información del móvil, que lo coloca como "activo en la ubicación Y" Sistemas de Comunicaciones I Redes Celulares Prof. Egleany Fernández MS BSC MSC HLR VLR 2 2 3 LA X LA Y 1

45. LLAMADA ORIGINADA POR EL MÓVIL 1.- Por el enlace ascendente del canal de señalización envía un mensaje a la red de petición de llamada a un número 2.- La BTS envía este mensaje al MSC a través del BSC. Al mismo tiempo asigna un canal de tráfico de la interfaz radio para esta comunicación. La BTS le indica al móvil a cual canal de tráfico debe sintonizarse a través del enlace descendente del canal de señalización. 3.- El BSC reserva un circuito de tráfico de su interfaz con el MSC para esta conversación. 4.- El MSC chequea si este móvil está en capacidad de realizar la llamada (saldo), y enruta la llamada hacia el destino, y coloca el tono de espera, hasta que el destino responde e inicia la llamada. Sistemas de Comunicaciones I Redes Celulares Prof. Egleany Fernández BTS BSC MSC HLR VLR 1, 2 2,3 2,3 4

46. LLAMADA RECIBIDA POR EL MÓVIL Luego de verificar si el móvil destino esta activo: (de lo contrario aquí termina el escenario) 1.- El MSC envía el mensaje de BUSQUEDA o PAGING a todas las BTS con el área de localización donde se encuentra el móvil. Se reserva el circuito de voz en la interfaz terrestre 2.-Por el enlace descendente del canal de señalización las BTS envían un mensaje a los móviles de PAGING al número destino 3.- El móvil destino contesta al mensaje de PAGING a través del enlace ascendente de señalización 4.- La BTS le asigna un canal de tráfico, y le informa que cambie a este a través del enlace descendente del canal de señalización. 5.- La BTS envía el mensaje de ALERTA y el móvil comienza a repicar. 6.- Al móvil contestar, se abre el altavoz y el auricular y comienza la conversación. Sistemas de Comunicaciones I Redes Celulares Prof. Egleany Fernández BTS BSC MSC HLR VLR 2,3,4,5 1 1 1 6

47. El paso principal para realizar una llamada o recibirla es registrarse con la red. Cuando se activa un teléfono celular, este envía una señal hacia la red celular. Esta señal posee información de registro, la cual es almacenada en el VLR y el HLR del área de servicio. Así, el registro se envía al MSC, el cual administra el registro de todos los teléfonos celulares en su red. El MSC examina el MIN para determinar si ese equipo debe tener línea activada o no. Luego, el MSC envía un mensaje al VLR. Este actualiza su información creando un registro para el MIN identificado. El VLR identifica la posición del equipo con el MIN indicado e informa al HLR del lugar y solicita un perfil de servicio que se utilizará para el nuevo registro. Entonces, cuando se marca un número de teléfono celular el código de estación de ese número indica el MSC que se encuentra registrado en el MSC local para el suscriptor. Ahí el MSC debe determinar cómo enrutar la llamada. Cuando el MSC recibe la llamada deber verificar los primeros números generados y consultar con su HRL. El HRL identificará el último MSC. Si el último MSC fue el MSC local el MSC puede consultar el HLR para determinar exactamente en cuál celda se encuentra ahora el teléfono celular. Si está registrado en otro MSC, el MSC local debe transferir la llamada hacia el MSC de servicio. Sistemas de Comunicaciones I Redes Celulares Prof. Egleany Fernández

48. Antes de realizarse la transferencia el VLR del lugar consulta con el MSC que está en servicio para determinar como se debe conectar la llamada. Luego, el VLR recibe un número de directorio local temporal llamado TLDN (Temporary Local Directory Number). Este TLDN se introduce en el VLR, el cual actualizará el HLR para futuras llamadas. El VLR en el área visitada identificará cuál celda es a la que se encuentra solicitando el servicio y determinará si esta está activa o inactiva. Si está activo el MSC envía una señal hacia el BSC solicitando que el teléfono celular sea buscado. Luego, la señal de búsqueda enviada al celular le dirá al terminal que frecuencia usar. Cuando el teléfono receptor recibe la señal de búsqueda se conmuta a la frecuencia establecida y envía la confirmación a su BTS que lo reenvía a su BSC, de forma que la llamada se enruta a través del MSC. Sistemas de Comunicaciones I Redes Celulares Prof. Egleany Fernández

49. HANDOVER El usuario del móvil se encuentra HABLANDO El Handover se produce por petición de la BTS-BSC, debido a que se ha producido una condición (bajo nivel de señal, baja calidad de audio, interferencia, etc.) y se debe hacer traspaso a una estación vecina 1.- La BTS-BSC envía un mensaje de HANDOVER al MSC indicando el móvil y la causa de la petición. 2.- El MSC asigna un nuevo canal de la nueva estación reservándolo, y además informa a la celda origen de este canal. En este momento se crea un canal de conferencia a tres entre el móvil, la estación origen y la estación destino, para que no haya pérdida de la llamada 3.- La celda origen le indica al móvil cual es el nuevo canal al que debe sintonizarse. 4.- El móvil sintoniza su TX y RX a las nuevas frecuencias y se engancha al nuevo canal 5.- El MSC libera las conexiones de la estación origen. Sistemas de Comunicaciones I Redes Celulares Prof. Egleany Fernández BSC MSC 2,5 1 BTS BTS 3 4

51. Perdidas de Señal: Un problema inherente a las señales de radio en la gama de 800 a 900 MHz (banda de comunicaciones celulares)es que las señales tienden a moverse sólo en líneas rectas a partir de su antena. Dichas ondas de radio de alta frecuencia son debilitadas o atenuadas por la humedad de la atmósfera, reflejada por edificios y superficies lisas tales como agua y pueden ser bloqueadas completamente por obstáculos geográficos grandes como montañas y colinas. Casos más severos pueden impedir que su señal transmitida llegue a la estación de celda. Observará éstas pérdidas de señal como pausas repentinas en la recepción. Podría haber sido una o dos pausas breves, o una serie de pausas de duración variables, dependiendo de la severidad de la circunstancia. Otra causa común de la pérdida de la señal ocurre cuando uno se aproxima a le región fronteriza de un área de servicio en la que no halla otras estaciones que acepten la transferencia de su conversación. Experimentará un debilitamiento gradual de la señal hasta que comiencen pérdidas breves de la señal. Las pérdidas de señal rápidamente empeorarán hasta que quede completamente desconectado. Los controles de la estación de celdas generalmente están diseñados para pasar por alto pérdidas menores de señal sin interrumpir su conversación. Sin embargo, perdidas de señal continuas o prolongadas pueden hacer que la estación de celda lo desconecte. Con el tiempo sabrá dónde se localizan las áreas de cobertura débil en la región. Sistemas de Comunicaciones I Redes Celulares Prof. Egleany Fernández

52. Zonas Muertas: En principio, las zonas muertas ocurren por las mismas razones generales que las pérdidas de señal, aunque el área de cobertura débil se presenta a escala mucho mayor. La pérdida de las señales recibidas puede ser tanto tiempo que la estación de celdas interpreta la pérdida de señal como haber colgado. La estación de celda responde dejando libre el canal perdido, resignando los canales según lo necesiten otras llamadas. Áreas con colinas, montañosas o urbes densas, a menudo experimentan zonas muertas. Las señales son absorbidas o reflejadas; evitando que las ondas de radio se propaguen hasta el área deseada. Algunas veces una zona muerta puede eliminarse cambiando la localización de la estación de celda dividiendo la celda para añadir estaciones adicionales que cubran adecuadamente el área afectada . Problemas de Baterías Los teléfonos celulares son alimentados por paquetes de baterías recargables de NiCad (Níquel/Cadmio). Aunque las baterías de Nicad son un método conveniente y efectivo para alimentar el teléfono, tienen varias desventajas a saber. En primer lugar, las baterías de NiCad tienen una densidad de energía algo menor a las baterías no recargables, además este tipo de batería generan memoria . Sistemas de Comunicaciones I Redes Celulares Prof. Egleany Fernández

53. Intimidad. Es importante tener en cuenta que el teléfono celular, es en gran medida, un radiotransceptor. El enlace entre su teléfono celular y la estación de celda más cercana esta compuesto por ondas electromagnéticas públicas. En consecuencia, cualquier persona con un receptor sintonizado ya sea a su canal de frecuencia de transmisión o recepción podrá oír por lo menos la mitad de la conversación que ocupa ese canal. La transmisión y recepción se realizan a dos frecuencias diferentes y, por consiguiente, un oyente secreto no puede escuchar ambas partes de una conversación simultáneamente. Sistemas de Comunicaciones I Redes Celulares Prof. Egleany Fernández

55. Sistemas de Comunicaciones I Redes Celulares Prof. Egleany Fernández

56. U.N.E.F.A. Ingeniería en Telecomunicaciones Redes Celulares Sistemas de Comunicaciones I Redes Celulares Prof. Egleany Fernández