Sistemas Celulares

Sistema Celular Los sistemas celulares se desarrollaron con la intención de reutilizar los recursos (una banda de frecuencias), para lo cual se reduce el área de cobertura de las transmisiones en áreas mucho más pequeñas y en puntos separados que permita tener aislamiento radioeléctrico. ●

Sistema Celular En este sentido, el despliegue de varios transceptores cada uno de ellos cubriendo una porción de la superficie total, permite reducir los niveles de potencia necesarios, si bien ello supone un mayor coste en infraestructura y una mayor complejidad del sistema. ●

Sistema Celular Al pasar a tener un escenario con varias fuentes transmisoras puede aparecer el problema de las interferencias. Por interferencia se entiende que en el receptor, junto a la señal útil, se presenta una señal indeseada que corresponde a otra comunicación y que tiende a degradar y dificultar la recepción de la señal de interés. ●

Interferencia cocanal:

●

–Es

una interferencia que se presenta en la misma banda de frecuencias que la señal útil.

Interferencia de canal Adyascente: ●

–Es

una interferencia que se presenta por una señal en una banda distinta a la de la señal útil

Sistema Celular Obviamente las interferencias más perjudiciales son las cocanal, ya que las de canal adyacente pueden,en general, eliminarse o reducirse con la propia selectividad del transmisor y del receptor. ●

Obsérvese que, al estar el terminal aproximadamente equidistante de las distintas bases, las diferentes señales se recibirían con niveles similares, de forma que la potencia interferencia total sería bastante mayor que la potencia recibida de la señal útil, lo que haría inviable la correcta detección de la misma. ●

Sistema Celular Se hace necesario realizar un reparto de los recursos radio entre los distintos transceptores de radio, de manera que cada uno de ellos trabaje con recursos ortogonales y, por lo tanto, no se provoquen interferencia mutua ●

Estos recursos pueden ser: ●

–Una

frecuencia si el acceso es FDMA. –Una

frecuencia y una ranura si el acceso es TDMA/FDMA . –Una

frecuencia y un código si el acceso es CDMA/FDMA.

Repaso El Acceso múltiple por división de frecuencia (Frecuency Division Multiple Access o FDMA, del inglés) es una técnica de multiplexación usada en múltiples protocolos de comunicaciones ●

el acceso al medio se realiza dividiendo el espectro disponible en canales, que corresponden a distintos rangos de frecuencia, asignando estos canales a los distintos usuarios y comunicaciones a realizar, sin interferirse entre si ●

Repaso La multiplexación por división de tiempo (MDT) o (TDM), del inglés Time Division Multiplexing, es el tipo de multiplexación más utilizado en la actualidad, especialmente en los sistemas de transmisión digitales. En ella, el ancho de banda total del medio de transmisión es asignado a cada canal durante una fracción del tiempo total (intervalo de tiempo). ●

Repaso Acceso múltiple por división de código o CDMA (del inglés Code Division Multiple Access) es un término genérico para varios métodos de multiplexación o control de acceso al medio basados en la tecnología de espectro expandido. ●

A cada transmisor se le asigna un código único, escogido de forma que sea ortogonal respecto al del resto; el receptor capta las señales emitidas por todos los transmisores al mismo tiempo, pero gracias al esquema de codificación (códigos ortogonales entre sí) puede seleccionar la señal de interés si conoce el código empleado. ●

Cluster Celular Se define el cluster celular como el conjunto de K células entre las que se reparten la totalidad de recursos radio disponibles. Posteriormente, el cluster celular puede repetirse espacialmente, de forma que se emplee más de una vez el mismo recurso radio. ●

Sistema celular Habitualmente a nivel teórico las células suelen representarse como hexágonos, ya que es una forma geométrica que permite dividir el plano de forma regular sin dejar huecos ni producir solapes entre células. ●

Sistema Celular En la práctica la señal no quedará confinada sino que, de acuerdo con las características de propagación particulares que se presenten bien se extenderá más allá o bien no llegará a los límites de la representación gráfica teórica, éste puede considerarse un punto de partida satisfactorio ●

Sistema Celular El número de células por agrupación define el patrón de reuso. Dado que los usuarios no están repartidos uniformemente por el territorio las ciudades estarán más densamente pobladas que las zonas rurales, se han desarrollado diversos tipos de células según las necesidades. ●

Historia de las comunicaciones celulares Primera Generación

●

–Aparece

en 1980

–La

primera generación utiliza las técnicas de transmisión analógica, para voz –No

hay un estandar dominante, pero se pueden mencianar: Nordic Mobile Telephone (NMT)

●

Total Access Communications System (TACS) ●

Advanced Mobile Phone Service (AMPS) ●

Historia de las comunicaciones celulares

Historia de las comunicaciones celulares Segunda Generación (2G) ●

–Utiliza

técnicas de transmisión digital –Las

redes de segunda generación tienen mayor capacidad que las de 1G –Estructura

celular jerárquica, donde el área es cubierta por macrocélulas, microcélulas y picocélulas

Historia de las comunicaciones celulares Segunda Generación (2G):

●

–Hay

4 principales estandares

Global System for Mobile (GSM)

●

digital AMPS (D-AMPS)

●

Code division multiple access (CDMA) IS-95

●

Personal digital cellular (PDC)

●

Historia de las comunicaciones celulares GSM en el mundo

●

Historia de las comunicaciones celulares Generación 2.5G

●

–Incluyen

las actualizaciones avanzadas de las redes de 2G (a partir de2001) –GSM

incluye:

high-speed circuit-switched data (HSCSD) ●

General Packet Radio Services (GPRS) ●

Enhanced Data Rates for Global Evolution (EDGE) ●

–IS-95

incluye

IS-95B

●

CDMA2000 1xRTT

●

Historia de las comunicaciones celulares Las tecnologías de la tercera generación (3G) se categorizan dentro del IMT2000 (International Mobile –Universal Mobile Telecommunications System Telecommunications-2000) (UMTS), también llamado W-CDMA de la ITU (Internacional –Sus tres grandes características Telecommunication Union), son las capacidades multimedia, una que marca el estándar para velocidad de acceso a Internet que todas las redes 3G sean elevada, la cual además le permite compatibles unas con otras. transmitir audio y video en tiempo

Tercera Generación (3G): ●

real; y una transmisión de voz con calidad equiparable a la de las redes fijas. Pero dispone de una variedad de servicios muy extensa

●

GSM, GPRS y UMTS

Definiciones ●

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Global System for Mobile Communications. Es un estándar de radio móvil digital, desarrollado para comunicaciones móviles inalambricas de voz y datos

●

Una de las ventajas de GSM es que ofrece un módulo de identificación del subscriptor (SIM), también conocido como Smart Card

GSM ●

SIM o Smart Card: –

Contiene una memoria no volátil que mantiene información de:

–

Número identificador del subscriptor

–

Número de teléfono

–

La red original a la cual el subscriptor está abonado

Elementos de una red GSM ●

Estación móvil (MS)

●

Estanción base tranceptora (BTS)

●

Controlador de la estación base (BSC)

●

Subsistema de la estación base (BSS)

●

Centro de conmutación móvil (MSC)

●

Centro de autenticación (AuC)

●

Registro de posición de casa (HLR)

●

Registro de posición de visitante (VLR)

Elementos de una red GSM ●

MS: Contiene los siguientes componentes: –

MT: Terminal móvil (telefono celular)

–

TE: Equipo terminal (PC o PDA)

–

También un MS puede ser un teléfono con las dor funciones

Elementos de un red GSM ●

BTS: Cuando un susbscriptor utiliza un MS para llamar en una red, el MS transmite un petición a la estación base tranceptora (BTS). La BTS incluye todos los equipos de radio (antenas, dispositivos de procesamiento de señales, amplificadores, etc) necesarios para la radiotransmisión en una célula

Elementos de una red GSM ●

●

BSC: Es el controlador de la red de radio y maneja las BTS MSC: Forma parte de la red alambrada o backbone de una red GSM. Es un switch ISDN que puede conmutar llamadas a la PSTN. Puede realizar conecciones con otros MSC y BSC.

●

BSS: Una red GSM esta compuesta por múltiples BSSs, cada uno controlad por un BSC. La BSS realiza las funciones necesarias para el monitoreo de las conecciones de radio a los MS, codificando y decodificando voz, etc. Puede contener varias BTS.

Elementos de una red GSM ●

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EIR: Es una base de datos que almacena las identidades de los equipos móviles internacional (IMEIs) de todas las MS de la red HLR: Es una base de datos central para todos los usuarios registrados en la red GSM

●

●

Auc: Es una base de datos que contiene los algoritmos de autenticación de los suscriptores y claves necesarias para encriptar, etc. VLR: Es una base de datos distribuida que almacena temporalmente información de las MS que están activas en un área geográfica

Elementos de una red GSM ●

NSS: Es el corazón de la red GSM. Este conecta la red inalambrica a la alambrada, relevar las llamadas de una BSS a otra, ejecutar cargos, etc.

Elementos de una red GSM

Interfaces GSM

Servicios de datos GSM ●

La red GSM maneja tráfico de voz y datos, suministrando 2 modos de operación –

Conmutación de circuitos (datos conmutados por circuitos de alta velocidad) ●

–

Provee un canal dedicado. Se posee uso excluivo del circuito.

Conmutación de paquetes (GPRS) ●

El operador asigna uno o más canales dedicados especialmente para uso compartido. Este modo es más eficiente que el de circuitos conmutados

GPRS ●

●

GPRS permite a los operadores de red GSM, implementar una arquitectura de núcleo basada en IP para aplicaciones de datos, para expandir su uso a servicios de tercera generación de voz y datos integrados Los objetivos que se persiguen con GPRS son: –

Arquitectura abierta

–

Servicios IP

–

Misma arquitectura para diferentes infraestructuras de radio

–

Infraestructura de voz e internet integrada

–

Servicios independientes de la infraestructrura

GPRS ●

GPRS (General Packet Radio Services): ●

evolución de GSM.

●

Coexistencia con GSM:

●

●

–

Comunicaciones voz usan antigua red GSM.

–

Comunicaciones datos usan red GPRS.

Comparten dispositivos con GSM, algunos de los cuales deben de ser actualizados.

Tipos de terminales: ●

●

●

Clase A: realizan transmisiones de voz y datos simultáneamente. Clase B: pueden realizar transmisión de voz y datos pero no simultáneamente. Clase C: dispositivos de voz o datos.

GPRS ●

PCU (Packet Control Unit): unidad (software) sumada al BSS que proporciona: ●

●

●

Distinción entre paquetes de datos y de voz. Paso de los mismos a la red GPRS o GSM. Retransmisión de paquetes GPRS: control de errores.

SGSN (Serving GPRS Support Node): punto de acceso del MS a la red GPRS: ● ●

Retransmisión de datos entre MS y GCSN.

Autentificación de MS, registro en la red y gestión de movilidad.

●

Aviso de conexión al MS.

●

Recogida de datos de facturación.

GPRS ●

GGSN (Gateway GPRS Support Node): conecta la red GPRS con redes de paquetes externas ocultando la infraestructura GPRS al resto del mundo. –

Funciones: ●

●

Recibir (enviar) paquetes desde (a) redes de paquetes externas hacia (desde) el SGSN. Realizar operaciones en la red GPRS en función de mensajes procedentes de la red externa –

Inicio/fin de transferencia de datos

–

Localización de un terminal...

●

Recogida de información sobre facturación.

●

Garantizar privacidad y seguridad de la red GPRS.

●

●

Proporcionar direcciones IP a los terminales GPRS mediante direccionamiento dinámico. Realizar traspaso de datos entre SGSNs –

Handover.

–

Roaming...

GPRS

GPRS ●

Acceso a la red: –

1. Cuando conectamos un dispositivo GPRS éste escanea canales GPRS.

–

2. Localizado un canal envía al SGSN una petición de conexión a la red.

–

3. El SGSN autentifica al usuario usando el HLR: ●

Comprobación de usuario válido.

●

Obtención del perfil de servicio.

●

Obtención de claves de encriptado.

–

4. Con el perfil de usuario SGSN determina el GGSN usado para encaminar los paquetes. Comunicándose con él.

–

5. El GGSN determina una IP dinámica para el dispositivo, permitiendo su direccionamiento en Internet.

GPRS

GPRS

interfaces

Stack de protocolos