Introducción a la tecnología del celular, créditos a Patricio Vargas

1. Tierra de Celulares
¿Cómo funciona un teléfono celular?
Una Introducción en
La tecnología del celular
Créditos: Patricio Vargas, Noviembre 2005
Piero
Alcarraz

2. 2Celulares – introducción a la telefonía movil
Objetivo de este seminario
• Razones de porque en GSM se utilizan células
(GSM = Global System for Mobile Communications
= Sistema Global para Comunicaciones Móviles)
• Conocer el significado de algunos conceptos que se usan
en GSM
- Paging (Activación) - Actualización
- Handover (Pasar frecuencias) - Roaming (activación en viaje)
• Conocer la razón de los Estándares
• Conocer la diferencia entre Celulares y aparatos de radio

3. 3Celulares – introducción a la telefonía movil
¡Nos comunicamos!
Teléfono, el medio de
comunicación
número 1
La Mitad de los Chilenos
tiene un Celular (subtel 2005)

4. 4Celulares – introducción a la telefonía movil
El Teléfono...
Con Enchufe = Conectado a la red vía cables
= No es móvil
• Red Telefónica Análoga
– Sistema usual
• ISDN – Standard digital
– Integrated Services
Digital Network (Red Digital de Servicios Integrados)
– Transferencia de datos – Internet
– Funciones extras, p.ej. “Reconocer quien llama“

5. 5Celulares – introducción a la telefonía movil
…se convirtió móvil...
• Cobertura
– Máximo 1km
– Alrededor de 50 metros en Edificios
• El Standard se llama: DECT
– Digital Enhanced Cordless Telecommunications
(Telecomunicaciones Inalámbricas Digitales
Mejoradas)
Aparato y
Estacion
Base
Cada uno es Emisor y
Receptor

6. 6Celulares – introducción a la telefonía movil
…y después totalmente móvil
• Hoy: Teléfono Celular
• Libre tránsito
– Recepción en casi todo Chile
• El Estandar es: GSM
– Global System for Mobile Communications
(Sistema Global para Comunicaciones Móviles)
– Tecnología Digital

7. 7Celulares – introducción a la telefonía movil
¿Por qué Estándares?
• Hasta ahora 3 Estandares técnicos:
– ISDN (Teléfono-Digital)
– DECT (Teléfono inalámbrico)
– GSM (Teléfono celular)
• Estándares Conocidos:
– VHS (Video)
– Tapas de conservas
– Formatos de papel y sobres (p.ej. A4, C5...)
¿Razón
?

8. 8Celulares – introducción a la telefonía movil
¡Los Estándares son Normas!
Estándard = Fijación (técnica) clara
(también: Norma), de amplia aceptación
Objetivo: Unificación
Diferentes personas pueden desarrollar
productos compatibles independientemente.
– p.ej. Celulares-GSM, Nokia, Motorola, etc!

9. 9Celulares – introducción a la telefonía movil
¿Celular = Aparato de radio?
• ¿Diferentes?
• ¿Parecidos?
?=

10. 10Celulares – introducción a la telefonía movil
Ambos emiten...
• Transmisión a traves del Aire!
– Sin conecciones de cables u otras
• Transmisión de ondas Electromagnéticas
– Como la Radio!
• Diferentes Frecuencias
– Radio Cooperativa Pto. Montt: 105.3 MHz
– Radio USM: 99.7 MHz
– Celular: alrededor de 890-960 MHz 1710-1880 MHz o
Mayores Frecuencias

11. 11Celulares – introducción a la telefonía movil
...digital o análogo...
tiempo
Ruido
despaci
o
fuerte
alto
profundo
análogo
digital
Zeit
Codificación

12. 12Celulares – introducción a la telefonía movil
...pero: ¡La Diferencia!
Estación emisora
de radio
B
C
A
D
Frecuencia 1
Frecuencia 2

13. 13Celulares – introducción a la telefonía movil
¿Dónde estoy yo?
• ¿Sabe un celular dónde está?
– ¿De dónde sabe eso?
GSM Chile
...
Ciudad de
Valparaíso
???

14. 14Celulares – introducción a la telefonía movil
Tierra de Celulares
• Los celulares viven en territorios* con fronteras
* Territorios se denominan Células en GSM

15. 15Celulares – introducción a la telefonía movil
La Administración
• Hay una Administración* por cada célula
• Cuando un celular hace algo – siempre a través
de la administración
Verwaltung
* La Administración son los protocolos BTS, BSC y MSC en GSM

16. 16Celulares – introducción a la telefonía movil
La oficina de visitas...
• Oficina de visitas* – todos los celulares que
están en una célula están registrados
• Sólo tienen acceso a través de la Administración
Oficina de
visitas
* La Oficina de visitas es el protocolo VLR en GSM

17. 17Celulares – introducción a la telefonía movil
...y la oficina de residencia
• Cada celular tiene una célula de residencia
– Ahí se debe inscribir en la oficina de residencia*
• Todos los datos importantes estan registrados
allí
Oficina de
residencia
* La Oficina de residencia es el protocolo HLR en GSM
Visita

18. 18Celulares – introducción a la telefonía movil
Datos en la oficina de residencia
• Cada celular esta registrado sólo en una oficina de
residencia
– ¡La residencia del celular!
• Datos importantes:
– Número del celular
– Lugar actual del celular
Célula actual donde se ubica el celular (Oficina de visita)
– Derechos del celular
p.ej.: Conección a Internet
Visa para otros países
– Datos encriptados en claves (Código secreto con su
administración)
• ¡La colección de datos más importante en un celular!

19. 19Celulares – introducción a la telefonía movil
Registro de entrada y salida
• Si un celular cambia de célula:
1. Registro de Entrada en la nueva oficina de visitas
2. Registro de Salida en la oficina de visitas anterior
3. Cambio de Registro en la oficina de residencia
Residenci
a
Visita
Visita
Residencia
1
2
3

20. 20Celulares – introducción a la telefonía movil
¡Aquí estoy yo!
• Cambio de célula: en la frontera registra su
entrada en la nueva oficina de visitas, registra su
salida de la oficina de visitas anterior y actualiza
el registro en la oficina de residencia.
• Por esto sabe un celular donde esta
GSM de CHILE
...
Ciudad de
Valparaíso

21. 21Celulares – introducción a la telefonía movil
Noticia desde una célula fija
Residencia
Visita
Visita
Heim
• Una noticia desde una célula fija al celular X:
– Administración del Telefono de la célula fija pregunta a la
Administración Internacional*
Esta conoce la oficina de residencia
– En la oficina de residencia está registrada la célula actual del
celular X
X
* Esto se denomina un GMSC en GSM
Oficina de
residencia del
celular X
Oficina de visitas
actual del celular X

22. 22Celulares – introducción a la telefonía movil
Activación para celular X
Residencia
Visita
Visita
Residencia
• La Administración activa* toda la célula donde se
encuentra el celular X
• Celular X se contacta con la Administración
– Así la noticia desde una célula fija puede recibirse
X
* Esta Activación se llama Paging en GSM
Celular X?

23. 23Celulares – introducción a la telefonía movil
Celulares cantan
Los celulares cantan**
de una forma conocida
* Cantar significa para celulares la acción de Emitir

24. 24Celulares – introducción a la telefonía movil
¡Coros No!
• En Coro** los celulares no pueden cantar
– Cuando varios celulares cantan la misma canción en
conjunto, no se puede distinguir quien exactamente canta.
Por esto a los celulares no les gusta cantar en Coro
Celulares cantan una canción
¡Siempre solos!
* Esto significa Interferencias (Emitir en las mismas
Frecuencias)

25. 25Celulares – introducción a la telefonía movil
Limitado número de canciones
• Desgraciadamente no existen infinitas canciones **
• Número fijo de canciones por célula
– p.ej. 10 canciones por célula
• No hay coros en las fronteras:
¡Colecciones diferentes de
canciones!
* Canciones significan Frecuencias para los celulares
canciones 1
canciones
2
canciones
3
canciones 1

26. 26Celulares – introducción a la telefonía movil
En la célula ahora
ResidenciaVisita
cancione
s
• Nuevo: La Administración posee una colección
de canciones

27. 27Celulares – introducción a la telefonía movil
Un celular quiere cantar
• El Celular desea cantar: pide una canción a la
administración
• Si la administración tiene canciones libres: Al
celular se le otorga una canción y puede cantar
– Si no hay canciones libres: no es posible cantar
• Cuando un celular no quiere cantar más,
entrega la canción
– Otros celulares la pueden utilizar

28. 28Celulares – introducción a la telefonía movil
• Un celular cantando que se mueve, ¡sigue
cantando al cruzar la frontera entre dos células!
• En la frontera: Conversación entre ambas
administraciones y entrega de una nueva canción
si es que hay disponibles.
– La canción antigua se devuelve.
Si un celular cantando se mueve
F
R
O
N
T
E
R
A

29. 29Celulares – introducción a la telefonía movil
• Esta nueva Entrega** de otra canción por la nueva
administración debe ocurrir muy rápido
– El celular quiere cantar continuamente
En GSM: alrededor de 60 milisegundos!
• El celular no se da cuenta - canta cualquier canción
– Se dice que esta acción es transparente para el celular
Nueva entrega
Canciones 1
Canciones 2
* Handover en la tecnología celular

30. 30Celulares – introducción a la telefonía movil
Actualización
Pregunta: ¿Qué pasa con celulares que pierden su
ubicación?
– Extravío, Olvido, Pérdida de memoria...
* En GSM esto se denomina LA Identificator
Respuesta: la administración toca periódicamente el Himno
Nacional*
– Este himno es único por célula
– El celular elije el más fuerte si escucha muchos, y así identifica
donde está
Residenci
a
Visita
Visita
Residenci
a Himno
Nacional

31. 31Celulares – introducción a la telefonía movil
Permiso de viaje
residencia
Visita
Visita
residencia
• Un celular no obtiene una canción en cada célula
– Solo en células donde existen alianzas*
Consecuencias: ¡libre transito para celulares!
• Células y alianzas se unen en un trato
– ¡Y así permiten un tránsito más extenso para un celular!
* Esto de denomina Roaming en la jerga de celulares

32. 32Celulares – introducción a la telefonía movil
Palabras sobre GSM
• El standard GSM es extenso & complejo
– texto: ¡más de 5000 hojas!
• Se definen muchas unidades y procesos
– Hasta ahora poco conocido
– No cubre aspectos de seguridad, llaves, codificaciones, SMS, SIM,
ventana temporal, etc...
• Esta presentación debe entenderse como: muy
simplificada y con analogías de los
Conceptos Básicos y principios de funcionamiento
– No hay conceptos técnicos detallados

33. 33Celulares – introducción a la telefonía movil
Diferencia Radio / Celular
Ya vimos que:
• Un aparato de radio debe poder
emitir hasta el receptor
• Un celular debe emitir solo hasta la estación
emisora más cercana
– Una estación emisora (administración)
por célula

34. 34Celulares – introducción a la telefonía movil
Células
¿Por qué se usan células?:
1. Las Frecuencias (canciones) pueden utilizarse varias
veces por un mismo celular
• Las mismas frecuencias no están en las células vecinas
• Muchos más celulares pueden emitir (cantar)
• El celular necesita menos Energía de emisión (puede
cantar despacio)
• Solo hasta la estación emisora vecina (Administración)
• Baterías mas pequeñas (necesita menos potencia)

35. 35Celulares – introducción a la telefonía movil
FINAL
ResidenciaVisita
canciones
• Células – Consecuencias