Ao de la Diversificacin Productiva y del Fortalecimiento de la
EducacinCURSO: LINEAS DE TRANSMISIN.PROFESOR: ING. RUBEN, COTERA
BARZOLA.ESCUELA: ING. ELECTRNICA.NIVEL: VII CICLO.TEMA:
COMUNICACIONES MVILES.INTEGRANTES: REMOND VICENCIO, RONALD. VALLE
PALACIOS, ANTHONY. BALBOA CAMA, ROMEL. PALOMINO CHAHUA, ROY.
ALARCON QUISOCCAPAC, YUSEP. HUAMANI CARDENAS, RAY.2015
INDICE:1. INTRODUCCIN
2. FUNDAMENTOS DE LA INTERFAZ DE RADIO
3. PROPAGACIN EN COMUNICACINES MVILES
4. SISTEMAS CELULARES CLSICOS (FDMA/TDMA)
5. SISTEMAS GSM
6. SISTEMAS GPRS
7. SISTEMAS CELULARES CDMA
8. SISTEMAS UMTS
9. SISTEMAS HDSPA
2.
1.- INTRODUCCIN:Por definicin, el trmino "comunicaciones mviles"
describe cualquier enlace de radiocomunicacin entre dos terminales,
de los cuales al menos uno est en movimiento, o parado, pero en
localizaciones indeterminadas, pudiendo el otro ser un terminal
fijo, tal como una estacin base. Esta definicin es de aplicacin a
todo tipo de enlace de comunicacin, ya sea mvil a mvil o fijo a
mvil. De hecho, el enlace mvil a mvil consiste muchas veces en un
enlace mvil a fijo a mvil. El trmino mvil puede referirse a
vehculos de todo tipo - automviles, aviones, trenes... - o,
sencillamente, a personas paseando por las calles.
El Reglamento de radiocomunicaciones define el servicio mvil
como un servicio de radiocomunicaciones entre estaciones mviles y
estaciones terrestres (fijas) o entre estaciones mviles nicamente.
Adems, en funcin de dnde se sita habitualmente el terminal mvil, el
Reglamento diferencia tres tipos de servicio:
_ Servicio mvil terrestre._ Servicio mvil martimo._ Servicio
mvil aeronutico.
Es importante destacar que al hablar de comunicaciones mviles se
est pensando, generalmente, en un sistema de comunicaciones punto a
punto. Aunque tambin es posible en algunas circunstancias efectuar
comunicaciones punto a multipunto, se trata de una configuracin
especial del servicio que sirve a aplicaciones particulares.
2.- FUNDAMENTOS DE LA INTERFAZ DE RADIOA travs del interfaz de
radio, se produce la unin entre los dispositivos mviles y las
infraestructuras fijas que hay en las clulas. En GSM se han
especificado dos bandas de frecuencia para poder ser usadas y con
dos fines distintos:
Por un lado, tenemos la banda de los 890-915 MHz, que se utiliza
para transmitir desde la estacin mvil a la estacin base.
Por otro lado tenemos la banda de los 935-960 MHz, para
transmitir en el sentido contrario, es decir, desde la estacin base
a la estacin mvil.
Hay que sealar que de estas dos bandas de frecuencias (en total
tenemos 25Mhz en cada banda de frecuencias), no se pueden usar
todas, ya que algunas se encuentran no disponibles por motivos
militares y por compatibilidad con algunos sistemas analgicos
anteriores al GSM.
Estas bandas de frecuencia, vimos antes que son utilizadas para
mantener diferentes comunicaciones simultneas; hay dos mecanismos
fundamentalmente utilizados para poder proporcionar acceso mltiple
a un medio limitado, como son las frecuencias. Estos dos mecanismos
se denominan FDMA o Frequency Division Multiple Access (Acceso
Mltiple por divisin de Frecuencia) y TDMA o Time Division Multiple
Access (Acceso Mltiple por Divisin de Tiempo). En el caso de FDMA a
cada usuario se le asigna una frecuencia de manera que el mximo
nmero de usuarios que pueden usar el sistema viene determinado por
el mximo nmero de frecuencias disponibles. Mediante TDMA lo que se
hace es que diferentes usuarios pueden utilizar el mismo canal;
para ello, a cada usuario se le asigna un determinado tiempo en el
cual puede hacer uso del canal. TDMA se usa en los sistemas GSM
sobre la estructura de FDMA, de la manera siguiente:
A los 25 MHz de banda de frecuencias se divide en 125 partes
denominadas frecuencias transportadoras, las cuales se encuentran
separadas unas de otras por una frecuencia intermedia de 200 KHz;
de las 125 frecuencias transportadoras (portadoras), una de ellas
(generalmente la primera) se utiliza para comunicar GSM con
servicios de baja frecuencia, por lo que de las 125, realmente solo
124 van a estar disponibles en todo momento. Posteriormente, cada
frecuencia transportadora se divide siguiendo el esquema de TDMA en
aproximadamente espacios de 0.577 ms, que son asignados a un
usuario en particular.
MODELO ENERGTICO
3.- PROPAGACION EN COMUNICACIONES MVILES
En este apartado se introducen las caractersticas bsicas que
describen el comportamiento del medio de transmisin para las
comunicaciones mviles. Una vez descrito dicho comportamiento se
apuntan los mecanismos genricos utilizados para contrarrestar sus
efectos, de forma que en posteriores captulos se describirn los
detalles de funcionamiento de algunos sistemas de telefona mvil
caractersticos.
En primera aproximacin, la seal recibida en una comunicacin mvil
est sujeta a tres efectos diferenciados [STEE92], [JAKE74],
[LEE93]:
Prdidas por propagacin. Prdidas por configuracin del terreno.
Prdidas por efecto multicamino.
.Perdidas por propagacin:
Las prdidas por propagacin son las debidas a la distancia que
separa al emisor del receptor. En espacio libre, las prdidas por
propagacin son inversamente proporcionales al cuadrado de la
distancia entre ambos:
Donde el trmino cuadrtico se justifica porque la potencia
emitida en espacio libre se reparte sobre una superficie esfrica
cuya rea es proporcional al cuadrado del radio de la misma.
Para las comunicaciones mviles la aproximacin de espacio libre
no es vlida, ya que como mnimo se debe contar con el efecto del
terreno que sustenta emisor y receptor. De este modo la energa
emitida se concentra sobre la mitad de la esfera descrita en el
caso anterior para espacio libre, y por ello el factor de prdidas
por propagacin debera ser inferior a dos.
.Perdidas por la configuracin del terreno:
Las prdidas por configuracin del terreno, tambin llamadas
desvanecimientos lentos, resultan, como su nombre indica, del
entorno que rodea en cada momento emisor y receptor. Sin embargo, a
diferencia del efecto multicamino, dichas prdidas tienen una
variacin temporal lenta.
Los desvanecimientos lentos se deben, por lo general, a la
presencia de algn obstculo de grandes dimensiones que impide la
visin directa entre emisor y receptor. Esto contribuye con una
atenuacin adicional que se suma a las prdidas por distancia. Las
grandes dimensiones del obstculo provocan un efecto que perdura
mucho ms en el tiempo que las atenuaciones por efecto multicamino,
aunque la duracin real de dicho desvanecimiento lento est sujeta a
la velocidad de desplazamiento del terminal mvil.
La estadstica ms utilizada para simular dicho efecto es la
estadstica Log-normal. Es decir, expresadas las prdidas por
configuracin del terreno en forma logartmica, su estadstica ser
normal o Gaussiana con una desviacin tpica variante segn el entorno
de estudio escogido. La funcin densidad de probabilidad de las
prdidas por configuracin del terreno es la mostrada en la
expresin:
.Perdida por efecto multicamino:
El canal radio se puede observar en una escala temporal reducida
a travs de su respuesta impulsional [ROSS94]. En ella se aprecian
dos caractersticas dominantes, el delay spread y el Doppler spread.
El delay spread tiene como efectos directos la dispersin en el
tiempo y el consiguiente desvanecimiento selectivo en frecuencia,
mientras el Doppler spread da lugar a la dispersin en frecuencia y
el desvanecimiento selectivo en el tiempo.
Ambas caractersticas, delay spread y Doppler spread, son
producto del efecto multicamino de las comunicaciones mviles. En la
mayora de los casos no existe visin directa entre transmisor y
receptor, de modo que la seal recogida en el receptor es la suma de
muchas seales procedentes de sucesivas reflexiones producidas sobre
los elementos que rodean emisor y receptor hasta llegar a la antena
receptora. La seal suma de todas las reflexiones es la seal sujeta
al efecto multicamino.
La estadstica ms comnmente utilizada para simular dicho efecto
suele ser la estadstica Rayleigh, cuya funcin densidad de
probabilidad del valor de la atenuacin es la que se presenta en la
expresin
4.- SISTEMAS DE CELULARES CLSICOS (FDMA/TDMA)
Los sistemas de primera generacin fueron los primeros sistemas
celulares. El concepto de sistema celular introduce nuevos
procedimientos sobre los sistemas de telefona mvil, uno de ellos es
el traspaso de llamada. Con este nuevo procedimiento se gestiona el
cambio de canal utilizado para la comunicacin en una celda por otro
nuevo canal de la celda de destino, es decir, el traspaso de
llamada se produce cuando el terminal mvil abandona una celda para
introducirse en otra.
Otro procedimiento caracterstico de los sistemas celulares es la
bsqueda de un mvil para el establecimiento de una llamada dirigida
hacia este. La ubicacin del terminal mvil es ambigua, se desconoce
la celda donde se encuentra y el establecimiento de una comunicacin
requiere realizar una localizacin. Para ello se hace necesario
enviar un mensaje de bsqueda sobre el conjunto de celdas donde
puede encontrarse el terminal mvil, a la espera de que el terminal
mvil responda a travs de una estacin base determinada, y de este
modo comunica indirectamente su posicin.
Por ltimo, se introduce el procedimiento de actualizacin de
posicin. Sirve para facilitar la bsqueda del terminal mvil cuando
se realiza una llamada hacia ste, como se ha descrito en el prrafo
anterior. Este procedimiento reduce la ambigedad en la ubicacin del
terminal mvil a unos lmites razonables que proporcionan un tiempo
de respuesta aceptable en la localizacin del mvil sin sobrecargar
en exceso la red. Para ello el conjunto de celdas que constituyen
el rea de servicio de un operador de telefona mvil se subdivide en
reas de localizacin, agrupaciones de celdas que emiten el mismo
identificador de rea de localizacin. Cuando un mvil detecta el
identificador de rea de localizacin, lo compara con el que guarda
en memoria de la ltima actualizacin de posicin que realiz. Si este
identificador coincide, el terminal mvil no realiza ninguna accin
extra. En cambio, si el mvil detecta que los identificadores de rea
de localizacin no coinciden, inicia el procedimiento de
actualizacin de posicin para indicar al sistema que ha abandonado
un rea de localizacin para entrar en otro diferente. De este modo
el sistema conoce la localizacin de sus terminales mviles en todo
momento con una ambigedad equivalente al tamao del rea de
localizacin. Si el sistema precisa conocer con mayor exactitud la
posicin de un terminal mvil, concretamente en el proceso de
establecimiento de una llamada dirigida hacia ste, se inicia el
proceso de bsqueda del mvil, que concluir con la localizacin a
nivel de celda del terminal mvil buscado.
.Tecnicas de Multiacceso:
. Frequency Division Multiple Access (FDMA)Se basa en la
separacin en frecuencias del volumen espectral, el ancho de banda
se divide en radiocanales, cada radiocanal se asigna a un usuario
en la interfaz radio. (Un solo canal por portadora).
Caractersticas de FDMA:
_ Compatibilidad con modulaciones y seales analgicas y
digitales._ Tecnologa madura y experimentada._ Resistencia a las
perturbaciones en su variante de banda estrecha._ Adecuado para
sistemas de baja/mediana capacidad de trfico._ Complejidad de las
estaciones base._ Escasa versatilidad para acomodar distintas
aplicaciones o flujos de trfico._ Dificultades para la insercin de
la sealizacin asociada a la llamada._ Limitaciones para la mejora
de la calidad de la voz.
. Time Division Multiple Access (TDMA)TDMA asigna a los usuarios
una misma frecuencia durante breves intervalos de tiempo, de forma
peridica, de manera que aquellas efectan transmisiones simultneas
pero discontinuas, en esa frecuencia portadora mediante rfagas o
paquetes de informacin.
TDMA posee las siguientes caractersticas:
_Complejidad del Acceso: sincronizacin temporal para evitar
colisiones._ Amplificacin de las estaciones base._ Limitacin tamao
de la trama, para evitar altas velocidades._ Retardo en la
comunicacin, debido a que la transmisin es discontinua, se necesita
usar buffer._ Elevada versatilidad, cambiar intervalos dependiendo
de la necesidad de los usuarios._ Facilidad de sealizacin, ms fcil
incluir bits dentro de la trama._ Idoneidad, para media/alta
capacidad de trfico debido rendimiento del espectro
radioelctrico.
5.- SISTEMA GSMEl sistema GSM (Sistema global de comunicaciones
mviles) es un sistema de telefona celular para la transmisin
digital de voz y datos con una gran calidad que se est extendiendo
por todo el mundo. Para poder utilizarlo, debe disponer de un
telfono celular compatible, abonarse al servicio GSM, utilizar un
cable GSM y emplear un software de comunicaciones compatible con
GSM.El sistema GSM proporciona al mdem caractersticas de lnea
terrestre y de telefona digital GSM; puede utilizar el mdem para
transferir datos por las lneas telefnicas o para realizar la
transmisin a travs de un telfono celular. Puede enviar y recibir
archivos, faxes y mensajes cortos (SMS), y acceder a servicios en
lnea y a Internet. Se puede efectuar estas transferencias de datos
desde cualquier lugar dentro el rea de cobertura del proveedor de
servicios de telefona GSM.
.ARQUITECTURAEl sistema GSM se estructura en unidades
funcionales e interfaces. Las primeras son entidades que tienen a
su cargo la ejecucin de las funciones del sistema. Las interfaces
son las fronteras de separacin entre las unidades.
6. - SISTEMA GPRS (General Packet Radio Service)
La red GSM prev unos servicios de transmisin de datos desde la
fase inicial (fase 1). Sin embargo, se trata de servicios con
modalidad de transferencia por conmutacin del circuito, es decir,
donde la red, una vez establecida la conexin fsica de cabo a rabo
entre dos usuarios, dedica los recursos propios hasta que no es
solicitado expresamente el establecimiento de la conexin,
independientemente del hecho de que los dos usuarios se
intercambien datos durante todo el tiempo de conexin. Esta
modalidad de transferencia es ptima slo en el caso en que los dos
usuarios tengan que intercambiarse una cantidad significativa de
datos (transferencia de ficheros o archivos); resulta ineficiente
en cuanto los datos a intercambiarse son de pequea entidad o bien,
en el caso ms frecuente, el trfico de datos es de tipo interactivo
o transitorio, es decir, el tiempo de uso efectivo de los recursos
de la red supone slo una parte con respecto al tiempo total de
conexin (como, por ejemplo, la navegacin en Internet a travs de la
World Wide Web).
Es decir, se crea el mismo problema para el GSM que para la PSTN
(Public Switsched Telephone Network) hace unos aos: prever una
modalidad de transferencia por paquetes de datos, en la que los
datos de los usuarios, contenidos en entidades de protocolo
autosuficientes con indicacin del remitente y del destinatario,
pueden ser transportados por la propia red sin necesidad de una
estrecha asociacin con un circuito fsico. Ya se ha dado un paso
intermedio en esa direccin con el GSM de fase 2, previendo
servicios con acceso a las puertas pertinentes de la red PSPDN
(Public Switched Packet Data Network). Sin embargo, siempre es
necesario establecer una conexin fsica (por conmutacin del
circuito) en la red de radio, incluso cuando se accede a un canal
virtual de la red de paquetes. El resultado de ello es que el
recurso de radio es igualmente infrautilizado y el usuario ocupa un
canal de trfico (por cuyo uso tendr que pagar presumiblemente por
el tiempo empleado), para conectarse a otra red en la cual, sin
embargo, la informacin no viaja a un rendimiento ffjo (y el
transporte relativo se suele pagar en base al volumen de datos
transportados).
Arquitectura de la red:
Para la realizacin de un servicio de datos por paquetes en la
red celular GSM se pueden seguir dos inicializaciones
diferentes:
_ Inicializacin de sistema separado_ Inicializacin de sistema
integrado
La primera inicializacin prev que toda la infraestructura
necesaria para el soporte del servicio sea aadida a la de la red
GSM, mientras que la segunda prev el aadido de la funcionalidad
necesaria para el soporte del GPRS a las entidades que componen la
infraestructura de la redGSM.En realidad, tambin la inicializacin
de sistema integrado requiere la introduccin de nuevas entidades,
garantizando de todos modos, desde el punto de vista econmico, un
impacto menos vistoso sobre los costes necesarios para la
implementacin del servicio.Las entidades que tienen que ser
aadidas, desde el punto de vista de la integracin del servicio GPRS
en la red GSM, son:
_ GSN (Gateway Support Node), que constituyen los nodos de
soporte del servicioGPRS._ GPRS register
7.- SISTEMAS CELULARES CDMA (Code Division Multiple Access)
CDMA otorga a cada canal la totalidad del volumen espectral
disponible: todo el ancho de banda, tiempo y toda la zona de
cobertura de forma que permite la transmisin simultnea de varias
comunicaciones que emplean todos los recursos a la vez. La
separacin entre ellas se realiza asignndoles distintos cdigos
digitales.
Caractersticas bsicas de CDMA:
Requiere que las seales a transmitir y los cdigos de direccin
sean digitales. Es una tcnica intrnsecamente de banda ancha. Ofrece
gran capacidad de trfico. Requiere estricta sincronizacin y control
de potencia de las transmisiones. En entornos contiguos, pueden
utilizarse las mismas frecuencias, lo cual mejora la calidad de
traspaso de una estacin base a otra.
8. - SISTEMAS UMTS (Universal Mobile Telecommunications
System)
En 1985, surge en Europa laprimera generacin (1G)tras adaptar el
sistemaAMPS (Advanced Mobile Phone System)a los requisitos
europeos, y ser bautizada comoTACS(Total Access Communications
System). TACS engloba a todas aquellas tecnologas de comunicaciones
mviles analgicas. Puede transmitir voz pero no datos. Actualmente
esta tecnologa est obsoleta y se espera que desaparezca en un
futuro cercano.Debido a la sencillez y las limitaciones de la
primera generacin, surge el sistemaGSM (Global System for Mobile
Communications)que marc el inicio de lasegunda generacin (2G). Su
principal caracterstica es la capacidad de transmitir datos adems
de voz, a unavelocidadde 9,6 kbit/s. Lo cual le ha permitido sacar
a la luz el famoso y exitoso sistema de mensajes cortos(SMS).En
2001 surge la denominada segunda generacin y media (2.5G) en
Estados Unidos y Europa como paso previo a la3G. En esta generacin
estn incluidas aquellas tecnologas que permiten una mayor capacidad
de transmisin de datos y que surgieron como paso previo a las
tecnologas3G. La tecnologa ms notoria de esta generacin es elGPRS
(General Packet Radio System), capaz de coexistir conGSM, pero
ofreciendo servicio portador ms eficiente para el acceso a redes IP
comoInternet. La velocidad mxima deGPRSes 171,2 kbit/s aunque en la
prctica no suele pasar de 40 kbit/s de bajada y de 9,6 kbit/s de
subida.Ms tarde surgieron ya las tecnologas 3G. Las tecnologas de
la tercera generacin se categorizan dentro delIMT-2000
(International Mobile Telecommunications-2000)de laITU
(Internacional Telecommunication Union), que marca el estndar para
que todas las redes 3G sean compatibles unas con otras.Los
servicios que ofrecen las tecnologas 3G son bsicamente: acceso a
Internet, servicios debanda ancha,roaming
internacionaleinteroperatividad. Pero fundamentalmente, estos
sistemas permiten el desarrollo de entornos multimedia para la
transmisin de vdeo e imgenes en tiempo real, fomentando la aparicin
de nuevas aplicaciones y servicios tales
comovideoconferenciaocomercio electrnicocon una velocidad mxima de
2Mbit/sen condiciones ptimas, como por ejemplo en el entorno
interior de edificios..ARQUITECTURALa estructura de redes UMTS est
compuesta por dos grandessubredes: la red de telecomunicaciones y
la red de gestin. La primera es la encargada de sustentar la
transmisin de informacin entre los extremos de una conexin. La
segunda tiene como misiones la provisin de medios para la
facturacin y tarificacin de los abonados, el registro y definicin
de los perfiles de servicio, la gestin y seguridad en el manejo de
sus datos, as como la operacin de los elementos de la red, con el
fin de asegurar el correcto funcionamiento de sta, la deteccin y
resolucin de averas o anomalas, o tambin la recuperacin del
funcionamiento tras periodos de apagado o desconexin de algunos de
sus elementos. Dentro de este apartado vamos a analizar slo la
primera de las dos subredes, esto es, la de telecomunicaciones.UMTS
usa una comunicacin terrestre basada en una interfaz de
radioW-CDMA, conocida comoUMTS Terrestrial Radio Access (UTRA).
Soporta divisin de tiempo duplex (TDD) y divisin defrecuencia
duplex (FDD). Ambos modelos ofrecen rangos de informacin de hasta 2
Mbps.
9. - SISTEMAS HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access)Es una
tecnologa mvil conocida como 3.5G que viene a ser una mejora de la
tecnologa UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) de
tercera generacin (3G).Esencialmente esta tecnologa provee
velocidades altas en el canal de bajada (downlink), en teora hasta
14.4 Mbps (y 20 Mbps con antenas MIMO multiple input multiple
output), superando altamente a los 384 kbps de UMTS, y aumentando
as su eficiencia espectral, lo que permite brindar mejores tiempos
de respuesta en aplicaciones en tiempo real como videoconferencia y
juegos.HSDPA realiza mejoras sobre los 5MHz de ancho de banda del
canal de bajada de W-CDMA (wideband CDMA) usando una tcnica
diferente de modulacin y codificacin: modulacin de amplitud en
cuadratura 16QAM y codificacin variable de errores.HSDPA implementa
un nuevo canal dentro de W-CDMA llamado HS-DSCH (High Speed
Downlink Shared Channel), este canal es compartido entre todos los
usuarios brindando altas velocidades de bajada, mejorando as tambin
el uso del espectro. HSDPA tambin implementa el Fast Packet
Sheduling y tambin el HARQ (Hybrid Automatic Repeat-Request).
.CONCLUSIONES:Las comunicaciones mviles, tambin llamadas
personales, ya que van asociadas a cada individuo, vaya donde vaya,
tienen un gran futuro por delante. Ya han experimentado una de las
revoluciones ms importantes, con los telfonos mviles en todo el
mundo, pero an queda por llegar una nueva revolucin, que traer
Internet y comunicaciones flexibles a los dispositivos mviles.Los
sistemas distribuidos abarcan una cantidad de aspectos
considerables, por lo cual su desarrollo implica mucha complejidad.
Existen ciertos aspectos que requieren extremo cuidado al
desarrollarse e implantarse como el manejo de fallos, el control de
la concurrencia, etc. Muchas tecnologas estn en constante
desarrollo y maduracin, lo cual implica un minucioso estudio previo
de muchos factores antes de apostar por alguna tecnologa en
especial.Los dispositivos mviles se han convertido en una
plataforma rica para el consumo de contenidos digitales. El
desarrollo con pleno xito del mercado de los contenidos requiere
que los usuarios obtengan servicios y contenidos de una forma
independiente de momento y lugar.
.BIBLIOGRAFIA: Comunicaciones Mviles, 2 ed. J. M. Hernando.
CEURA, 2004.
Problemas de Comunicaciones Mvles. J. Reig Pascual, L. Ruibio
Arjona.
Universidad Politcnica de Valencia, servicio de publicaciones.
2006.
IntroductiontoMobileCommunicationsEngineering, J. M. Hernando,
F. Prez-Fontn.ArtechHouse, 1999.
Fundamentals ofWirelessCommunication, D.Tse, P.Viswanath.
CambridgeUniversityPress, 2005.Versin online disponible
Comunicaciones Mviles de Tercera Generacin: Sistema UMTS, 2 ed.
J. M. Hernando y C.Lluch(coords.). Telefnica Mviles Espaa,
2001.
3GEvolution. HSPA and LTEforMobileBroadband, 2 ed. E.Dahlmany
otros.AcademicPress, 2008