República Bolivariana de Venezuela
Ministerio de Educación Cultura y Deporte
Universidad Yacambú

Dirección de Postgrado
Especialización en Gerencia
Mención: Redes y Telecomunicaciones
 

Materia: Sistemas de Información Gerencial
Prof. José Luis Pardo

Foro 1: Computación Móvil 

Sub-Tema 2:  Telefonía Móvil Celular

Copyright @ 2002
Todos lo derechos reservados

Andrés Cartaya   cartayaa@hotmail.com

24-JUN-2002

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Tabla de Contenido

1. Definición del Sistema de Comunicaciones Móviles

2. Principios de las Comunicaciones Móviles

3. Arquitectura del Sistema Telefónico Móvil

4. Sistemas de Telefonía Móvil usando el Concepto Celular

5. Arquitectura del Sistema Celular

6. Componentes del Sistema Celular

7. Sistemas Digitales

8. Infografía Consultada

TELEFONIA MOVIL CELULAR

1. Definición del Sistema de Comunicaciones Móviles:

Un sistema de comunicaciones moviles celulares usan un gran número de transmisores de radio de bajo poder para crear celdas— área de servicio geográfico básico de un sistema de comunicaciones de radio. El nivel de cobertura,  permite que las celdas varíen su tamaño según  sea la demanda de suscriptores que se encuentren en una región particular. El tránsito de usuarios móviles de celda a celda, hacen que sus conversaciones sean entregadas manteniendo así el servicio dentro de un área de cobertura extendida. Los canales (frecuencias) que son usados en 1 celda pueden ser reusados en otra celda en función de la distancia en la cual se encuentra cada una de ellas; las celdas pueden ser distribuidas para la ampliación de la cobertura, para lo cual crean nuevas celdas en áreas fuera de cobertura o refuerzan las áreas donde ya existen.

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2. Principios de las Comunicaciones Móviles:

El móvil celular usa de forma separada un canal de radio temporal para establecer la comunicación en el sitio de la celda. Los canales usan un par de frecuencias para la comunicación - una frecuencia (el enlace adelante) para transmitir desde el sitio de celda y una frecuencia (el enlace inverso) para recibir desde de la celda la llamada entre los usuarios. La energía de radio se disipa en la distancia, para lo cual los móviles deben permanecer cerca de la estación de base para mantener la comunicación. La estructura básica de las redes móviles incluyen los sistemas de teléfono y servicios de radio. El servicio de radio es donde el  móvil opera en una red cerrada y no tiene acceso al sistema de teléfono, mientras que  el servicio del teléfono móvil permite la interconexión a la red de teléfono (figura 1).

3. Arquitectura del Sistema Telefónico Móvil 

El servicio móvil tradicional estaba conformado por una estructura similar a la de la  televisión conformado por: 1 transmisor muy poderoso colocado en un área que emitirá una señal en un radio de hasta 50 kilometros. El concepto celular estructura la red de telefono móvil en un modo un tanto  diferente. En lugar de de usar 1 transmisor poderoso, utiliza muchos transmisores-de bajo poder situado en un área de enlace. Por ejemplo, si dividimos la región metropolitana en áreas diferentes con transmisores-de bajo poder- y colocamos 12 conversaciones en cada canal, la capacidad del sistema teóricamente puede aumentar desde 12 conversaciones—o canales de voz usando un poderoso transmisor—a 1,200 conversaciones (canales) usando un transmisor de bajo poder. La figura 2 muestra la distribución de un área metropolitana configurada como una red tradicional de telefonía móvil con un transmisor de bajo poder. 

4. Sistemas de Telefonía Móvil usando el concepto Celular:

Los problemas de interferencia causado por unidades móviles que usan el mismo canal en áreas próximas ha comprobado que todos los canales no podían ser reusados sobre una misma celda. Incluso aunque esto afecta la eficiencia del concepto original, el reuso de  frecuencias era todavía la solución más viable a los problemas de la telefonía móvil.

Ingenieros expertos en la materia descubrieron que los efectos de interferencia no se debía a la distancia entre áreas, pero  si a la proporción de la distancia entre las áreas que el poder del transmisor de radio existen entre las mismas. Para lo cual reduciendo el radio de un área en un 50%, los proveedores de servicio de telefonía celular  podían aumentar el numero de clientes potenciales en un área cuatro más grande. Los sistemas basados en áreas de un 1Km tendría cien veces más canales que sistemas basados en 10Kms de radio. Por tanto la especulación daba como conclusión que reduciendo el área de radio a unos pocos metros, millones de llamadas podían ser entregadas dentro de sistema telefónico móvil.

El concepto celular utiliza niveles de bajo poder variable los que permite que las celdas para condicionar el tamaño sean según la la cantidad de suscriptores y la demanda en un área de cobertura dada. Dado que la población crece, las celdas pueden ser agregadas para acomodar el crecimiento. Las frecuencias usadas en un conjunto de celdas puede ser reusada en otras celdas; las conversaciones pueden ser entregadas de celda a celda para mantener el servicio de teléfono constante a medida que el usuario se moviliza entre estas (Figura 3).

El equipo de radio celular (estación de base) puede comunicarse con estaciones móviles tan distantes como dentro del rango se encuentren. La energía de radio disipa sobre la distancia, para lo cual el móvil debe encontrarse dentro del rango de operación de la estación base. En sistema de radio móvil, la estación base se comunica con el móvil vía un cana, y esta conformado por dos frecuencias, una para transmitir a la estación base y una para recibir información desde la estación base.

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5. Arquitectura del Sistema Celular:

El aumento en la demanda y la calidad del servicio hacen que el servicio ofrecido por los  proveedores de servicios móviles realicen las investigaciones para mejorar la calidad de servicio y para soportar mas usuarios en sus sistemas. Dado que la cantidad disponible en el  espectro de frecuencia para el servicio móvil celular ha sido limitado, se hace eficaz el uso de las frecuencias requeridas que son necesitadas para el alcance móvil celular. En un  moderno sistema de telefonía celular, las regiones urbanas y rurales son divididas dentro un área específica en líneas guías. El desarrollo de parámetros tales como cantidad de celdas  tamaño de la celda, es determinado por ingenieros experimentados en arquitectura de sistema celular.

El provisionamiento de celdas para cada región es planeada en función de la ingeniería que incluye las celdas, conjunto de celdas, reuso de frecuencias y handovers.

Celdas (cells):

Una celda es la unidad geográfica básica de un sistema celular. El termino celular viene desde la forma de panal de las áreas dentro de una región donde el alcance se encuentra dividido. Las celdas son estaciones base que transmiten sobre áreas geográficas pequeñas que son representados como hexágonos. Cada tamaño de celda varia dependiendo de la región.

Conjunto de Celdas (clusters):

Un clusters esta representado por un conjunto de celdas, en donde no todos los canales son usados en si mismos. La figura 4 ilustra 7 conjuntos de celdas conformadas en clusters.

Reuso de Frecuencia:

El reuso de frecuencia es utilizado debido a que solo un número pequeño de frecuencias en el canal de radio están disponibles para sistemas móviles, par a lo cual  ingenieros han tenido que encontrar un camino que permita reusar canales de radio para llevar mas de una conversación al mismo tiempo. La solución adoptada ha sido el reuso de frecuen cias, lo cual es la herramienta que reestructura la arquitectura del sistema telefónico móvil dentro el concepto celular.

El concepto de reuso de frecuencia esta basado en asignar a cada celda un grupo de canales de radio usadas dentro una pequeña área geográfica; las celdas son asignadas a un grupo de canales que son completamente diferentes desde celdas vecinas. El área de alcance de celdas son llamadas "huella". Esta "huella" es limitada por un mismo grupo de canales que pueden ser usados en celdas diferentes y lo suficientemente lejanas dado que sus frecuencias no interfieren (Figura 5).

Las celdas con el mismo numero tiene el mismo conjunto de frecuencias. Para el caso, el número de frecuencias disponibles son 7, la frecuencia a  reusar esta representada en el  factor es de 1/7. Lo que significa que cada celda esta usando 1/7 de canales celulares disponibles.

Handoff

El obstáculo final en el desarrollo de la red celular implica el problema creado cuando un suscriptor móvil ha viajado de una celda a otra durante una llamada. Por ser áreas próximas no usan los mismos canales de radio, por lo que la llamada es transferida o liberada desde un canal de radio a otro cuando el usuario cruza la línea entre celdas próximas, dado que al liberar la llamada, el proceso de handoff se presenta. Es por ello que el handoff ocurre cuando la red de telefonía móvil automáticamente transfiere una llamada desde un canal de radio a otro entre el cruce de celdas próximas dentro de la red celular (Figura 6)

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6. Componentes del Sistema Celular:

El sistema celular ofrece estaciones de teléfono portátil y móviles dentro del mismo servicio de  estaciones fijas; este tiene la capacidad de servir a miles de suscriptores en un área metropolitana mayor. El sistema de comunicación celular los conforman los siguientes cuatro componentes que trabajan juntos para proporcionar el servicio celular:

• Switch de la Red de Telefonía Pública - PSTN (Public Switched Telephone Network);
• Switch de Telefonía Móvil - MTSO (Mobile Telephone Switching Office) 
• Antena - Radio Base 
• Unidad Móvil del Suscriptor - MSU (Mobile Subscriber Unit) 

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7 .Sistemas Digitales: 

Dado que la demanda para los servicios de telefonía móvil han aumentado, la capacidad juega un rol importante, es por ello que aparecen nuevas tecnologías que permiten manejar de forma más eficiente el uso de frecuencias y calidad de llamadas a saber tenemos: 

• Acceso de Múltiple de Divisón de Tiempo (TDMA);
• Sistema Global para Comunicaciones Moviles (GSM);
• Servicio de Comunicaciones Personales (PCS) 1900;
• Acceso de Múltiple por Division de Código (CDMA) el cual promete aumentar significativamente la eficiencia del sistemas móvil celular para permitir un número mayor de conversaciones simultaneas. La figura 7 muestra los componentes de un sistema típico celular digital.

Las ventajas de la tecnología celular digital sobre las redes analógicas celulares incluyen aumento de capacidad y seguridad. Las opciones tecnológicas tal como TDMA y CDMA ofrece mas canales en los misma red analógica, ancho de banda y encriptación de voz/datos. A causa de la cantidad enorme de dinero que los proveedores han invertido en AMPS hardware y programa, los proveedores buscan migrar desde AMPS a servicios digitales de telefonía móvil (DAMPS) que sobre ponen las redes que ya existen bajo arquitecturas TDMA.

Acceso por División Múltiple de Tiempo (TDMA)

Características: 

1. IS–54 estandard específico de tráfico en canales digitales de voz;
2. Implementación triple de llamadas en sistemas AMPS;
3. Capacidad en tiempos de 6 a 15 que los sistemas AMPS pueden manejar;
4. Espectro usado de 800 MHz y 1900 MHz;
5. Toda la transmisión es digital; 
6. TDMA/FDMA aplican hasta 7. 3 llamadas por radio de cobertura dando 3 veces más capacidad que los sistemas AMPS. 

TDMA es una de las varias tecnologías usadas para las comunicaciones de radio.  TDMA usa la misma banda de frecuencia y colocaciones de llamadas en el  canal tal como lo maneja AMPS. Proporciona de tres a seis canales de tiempo en el mismo ancho de banda como un simple canal AMPS. Distinto a NAMPS, los  sistemas digitales tienen la forma de comprimir el espectro usado para transmitir información de voz comprimiendo tiempo ocioso. TDMA es un estándar digital y tiene 30-kHz  de ancho de banda, usando decodificadores de voz digital, TDMA es capaz de usar hasta seis canales en el mismo ancho de banda donde AMPS usa un canal.

Acceso por División Múltiple de Tiempo Extendido (E-TDMA):

E–TDMA es un estandar que ofrece  una capacidad de quince veces mayor a los sistemas analógicos celulares. Esta capacidad es lograda comprimiendo el tiempo silencioso durante conversaciones. E–TDMA divide en un número finito de frecuencias celulares dentro un rango de tiempo mayor que TDMA. Esto permite que el sistema para soportar mas llamadas celulares sea simultáneo.

Servicios de Comunicación Personal (PCS):

Representan el futuro de las telecomunicaciones. Los PCS bajo el espectro de frecuencia de los 1900 Mhz en Norte América han sido iumplementado en sistemas digitales y celulares bajo arquitecturas GSM. El espectro de frecuencia autoriza a bloques que contienen un específico número de canales en la celda.

Acceso por Múltiple División de Código (CDMA):

CDMA es una interface digital estándar, la cual provee una capacidad de 8 a 15 veces de la capacidad de un sistema analógico. Basado en la teoría de Espectro, es esencialmente basado en el mismo servicio, la diferencia primaria radica en el acceso los sistemas de intercambio local provistos en los sistemas de telefonía celular. 

Sistema Global de Comunicaciones (GSM):

Podemos definir a Red de Sistema Global de Telefonía GSM como aquel servicio portador constituido por todos los medios de transmisión y conmutación necesarios que permiten enlazar a voluntad dos equipos terminales móviles mediante un canal digital que se establece específicamente para la comunicación y que desaparece una vez que se ha completado la misma.

GSM es una red celular: Esta dividida en pequeñas “células”. Un a célula es, ni mas ni menos, la zona de cobertura que una estación receptora abarca. De este modo, podemos tener estaciones y terminales no muy potentes /que cubran un área de unos pocos kilómetros), con la posibilidad de añadir mas “células” a nuestra red conforme vayamos necesitando dar cobertura a nuevos entornos geográficos. Estas células están unidas a su vez entre si (generalmente por cable, aunque también pueden tener conexión por radio-enlace) y todas ellas están conectadas a la pasarela que permite la comunicación con la red de telefonía fija.

La emisión de radio se hace en la banda de 900 mhz. o bien en la de 1800 mhz. Estas bandas permiten un caudal de trafico mas que suficiente para atender la peticiones que puede generar  una red de este tipo bajo una demanda grande. Además, al se una red celular, siempre se puede disminuir el tamaño de las células y aumentar su numero para dar mayor capacidad al conjunto de la red.

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sig001 - International Engineering Consortium

Página dedicada a la investigación orientada a la industria de la información y comunidades universitarias con la finalidad de informa los avances y cambios positivos en la industria de las telecomunicaciones. http://www.iec.org   -   [Link Local]

sig002 - International Engineering Consortium 

Trabajos de investigación sobre principios de la Telefonía Móvil Celular

http://www.iec.org/online/tutorials/cell_comm/topic01.html?Next.x=28&Next.y=8    -   [Link Local]

sig003 - International Engineering Consortium

 Investigación sobre la Telefonía Móvil basado en el concepto celular http://www.iec.org/online/tutorials/cell_comm/topic02.html?Next.x=36&Next.y=11    -   [Link Local]

sig004 - International Engineering Consortium

En esta página se da una descripción de los componentes de un sistema de telefonía celular

http://www.iec.org/online/tutorials/cell_comm/topic05.html     -   [Link Local]

sig005 - International Engineering Consortium

Página referencial acerca de los sistemas digitales de telefonía móvil y una comparación entre los sistemas Analógicos vs. Digitales

http://www.iec.org/online/tutorials/cell_comm/topic06.html     -   [Link Local]

sig006 - CONATEL - Comisión Nacional de Telecomunicaciones

Página oficial de la Comisión Nacional de las Telecomunicaciones en Venezuela, que contiene la información concerniente al desarrollo, progreso y regulaciones de este campo en nuestro país.

http://www.conatel.gov.ve/ns/index.htm     -   [Link Local]

sig007 Historia del GSM (Sistema de Comunicaciones Móviles)

Página que contiene la información de tecnología GSM y su aplicación en el campo de la telefonía móvil celular;

http://www.mundofree.com/telecomunicaciones/gsm.htm       -   [Link Local]

sig008 - Sistemas Móviles GSM, CDMA, TDMA

Investigación acerca de las comunicaciones móviles GSM, CDMA, TDMA, además de una explicación sobre la reutilización de frecuencias y la fragmentación celular

http://www.une.edu.ve/~iramirez/te1/sistemas_moviles.htm     -   [Link Local] 

sig009 - TDMA: Time Division Multiple Access

investigación acerca de la tecnología TDMA y distintas aplicaciones

http://www.telefonia-es.com/Telefonia movil/sist_tdma.htm    -   [Link Local] 

sig010 - Telefonía Móvil Digital: la red GSM

Esta página suministra información  acerca de la telefonía móvil digital y sus distintas aplicaciones basadas en arquitecturas.

http://atenea.udistrital.edu.co/estudiantes/deacosta/commov/introd_6a.htm    -   [Link Local] 

sig011 - Nokia Technologies

Página oficial de Nokia Technologies la cual muestra las principales equipos liberados conforme a la telefonía celular actual, productos, y servicios que ofrece dicha marca a suscriptores.

http://www.nokia.es/phones/7650/acc_mobile.html    -   [Link Local]  

sig012 - Comunicaciones Móviles

Esta pagina suministra una visión general sobre las comunicaciones móviles, los servicios de comunicación,  y la telefonía (terrestre , móvil y satelital).

http://www.monografias.com/especiales/comunicamov/     -   [Link Local] 

sig013 - Personal Communications Service (PCS)

Esta pagina permite conocer el Personal Comunication Servive (PCS) , la arquitectura de mensajes y los principios operacionales

http://www.iec.org/online/tutorials/pcs/topic06.html    -   [Link Local]  

sig014 - TDMA

Esta página da a conocer lo que se denomina TDMA (Time Division Multiple Access)

http://www.iec.org/online/tutorials/tdma/    -   [Link Local] 

sig015 - Descripción de la tecnología de las PCS

Esta página da a conocer una descripción de la tecnología de las PCS

http://www.iec.org/online/tutorials/pcs/topic01.html   -   [Link Local] 

sig016 - La revolución del CDMA

Esta página da a conocer la magia de la tecnología CDMA y sus capacidades

http://www.cdg.org/tech/a_ross/CDMARevolution.asp    -   [Link Local]  

sig017 - Los principios del CDMA

Esta página da a conocer los principios del CDMA.

 http://www.cdg.org/tech/a_ross/Principles.asp    -   [Link Local]  

sig018 - Usando el GSM

Esta sección contiene la información sobre viajar con su teléfono del G/M, mandando la cuenta los estándares usados por los operadores de GSM y un contorno de los servicios del G/M disponibles usted.

http://www.gsmworld.com/using/index.shtml    -   [Link Local] 

sig019 - Glosario de Términos

Este es un glosario de términos utilizados en la tecnología GSM.

http://www.gsmworld.com/technology/glossary.shtml     -   [Link Local] 

sig020 - Aplicaciones Móviles

El desarrollo de las redes y de los terminales del G/M para apoyar tecnologías más avanzadas del portador de los datos ha permitido la introducción de los nuevos servicios emocionantes de los datos. Estas tecnologías permiten una mayor anchura de banda y un ambiente más capaz de la ejecución, tan permitiendo para el desarrollo de usos móviles. El mundo tiene cada vez más convertida computadora céntrica y las aplicaciones informáticas ahora se utilizan para un número de tareas tales como comunicaciones, gerencia financiera, recuperación de datos, hospitalidad y jugar del juego. Es una progresión natural para que el usuario espere que estos usos estén disponibles para ellos en su terminal móvil.

 http://www.gsmworld.com/technology/applications/index.shtml    -   [Link Local] 

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Ultima actualización 24/06/2002 12:00 p.m.