• Author / Uploaded
• Juan Gabriel Jimenez Merino

Citation preview

[Comunicaciones Inalámbricas – 8to ‘’B’’]

25/01/2017

SISTEMAS DE TELEFONIA MOVIL GSM, GPRS E IS-95 Universidad Nacional de Loja Diego Fernando Azanza Ordóñez Email: [email protected]

Jonas Eliseo Carrillo Sisalima Email: [email protected]

Pablo David Toledo Iñiguez Email: [email protected]

Loja, Ecuador Resumen— En el presente artículo se encuentra información relacionada a la telefonía móvil o celular, concretamente acerca de sistema global para las comunicaciones móviles (GSM), servicio general de paquetes vía radio (GPRS), acceso múltiple por división de código estándar interno 95 (CDMA IS-95). Se detallan sus principales características y aplicaciones. Abstract— In this article we find information related to mobile or cellular telephony, specifically about global system for mobile communications (GSM), general packet radio service (GPRS), internal code division multiple access 95 (CDMA IS -95). It details its main features and applications. Palabras claves — Red celular, conexión, enlace.

I. INTRODUCCIÓN La telefonía es el servicio más utilizado de los que ofrecen los sistemas de comunicaciones móviles. Todos los sistemas tienen la función de telefonía incorporada. Si bien la telefonía móvil empezó siendo analógica, en la actualidad todo el servicio es digital. Esta telefonía móvil digital, se denomina celular en la mayoría de países latinoamericanos debido a que el servicio funciona mediante una red de celdas, donde cada antena repetidora de señal es una célula. Su principal característica es su portabilidad, que permite comunicarse desde casi cualquier lugar. Fig. 1: Arquitectura de la red GSM.

Una red telefónica celular comprende múltiples antenas de transmisión y recepción de baja potencia distribuida a través de un área geográfica. Cada sitio de celda es relativamente pequeño, más o menos circular, el área de cobertura de cada célula individual sobre pasa o se sobrepone a células vecinas con un diámetro celular al rededor de una milla hasta un máximo de 5 millas.

COMO FUNCIONA LA TECNOLOGIA CELULAR La comunicación telefónica celular es posible gracias a la interconexión entre centrales móviles y públicas. Según las bandas o frecuencias en las que opera el móvil, podrá funcionar en una parte u otra. La telefonía móvil consiste en la combinación de una red de estaciones transmisoras-receptoras de radio (repetidores, estaciones base o BTS) y una serie de centrales telefónicas de conmutación de 1er y 5º nivel (MSC y BSC respectivamente), que posibilita la comunicación entre terminales telefón icos portátiles (teléfonos móviles) o entre terminales portátiles y teléfonos de la red fija tradicional. En su operación el teléfono móvil establece comunicación con una estación base, y a medida que se traslada, los sistemas computacionales que administran la red van cambiando la llamada a la siguiente estación base, en forma transparente para el usuario. (hand-off) Es por eso que se dice que las estaciones base forman una red de celdas, cual panal de abejas, sirviendo cada estación base a los equipos móviles que se encuentran en su celda.

II.

MARCO TEÓRICO

GENERACIONES Y ESTANDAR PARA CELULARES

La principal función es la comunicación de voz, como el teléfono convencional. RED CELULAR MSTO CONECTADO A PSTN (MSTO oficina de Swicheo para teléfonos móviles, y Red telefónica publica conmutada PSTN)

Son numerosos y normalmente incompatibles de una generación a otra. Los digitales ofrecen mejores características, manejo de errores, ancho de banda mejorado a través de compresión, mayor seguridad por medio de cifrado y encriptación, lo más importante es que soportan comunicación de datos más efectiva. CLASIFICACIÓN DE SISTEMAS La clasificación más comúnmente usada para referirse a los sistemas de comunicaciones móviles es la siguiente:

[Comunicaciones Inalámbricas – 8to ‘’B’’]

25/01/2017      

Primera generación 1G o analógicos (AMPS, NTM, TACS) Segunda generación 2G o digitales (GSM). Segunda generación avanzada 2.5G (GPRS) y 2.75G (EGPRS). Tercera generación 3G (UMTS). Tercera generación avanzada 3.5G (HSDPA), 3,75G (HSUPA) y 3.8G - 3.85G (HSPA+). Cuarta generación 4G (LTE), 4G+ (LTE Advanced).

GSM basa el reparto del canal o división de acceso en combinar diferentes modelos de reparto del espectro disponible: La arquitectura GSM se compone básicamente de tres elementos:   

SEGUNDA GENERACIÓN 2G

MS: Mobile Station. (Estación Móvil). BSS: Base Station Subsystem. (Subsistema de estación base). NSS: Network & Switching Subsystem. (Subsistema de red y conmutación).

Las limitaciones del sistema de telefonía móvil de primera generación llevaron al desarrollo de un nuevo sistema (segunda generación) que se presentó a principios de la década de los 90. Este sistema se basó en introducir protocolos de telefonía digital que además de permitir más enlaces simultáneos en un mismo ancho de banda, permitían integrar otros servicios (que anteriormente eran independientes) en la misma señal, como es el caso del envío de mensajes de texto SMS (Short Message Service) y una mayor capacidad de envío de datos desde dispositivos de fax y módem. Al igual que con la primera generación, inicialmente se desarrollaron varios estándares:   

Fig. 3: Arquitectura GSM. MOBILE STATION (ESTACIÓN MÓVIL).

GSM (Global System for Mobile Communications) TDMA (conocido también como TIA/EIA136 o ANSI-136) D-AMPS Digital Advanced Mobile Phone System

Sin embargo, ha sido el primero de ellos, GSM, el que pronto se estandarizó a nivel mundial. Se trata de un sistema de telefonía totalmente digital que soporta voz, mensajes de texto, datos (9.6Kbps) y roaming.

La estación móvil se corresponde con el dispositivo móvil en sí, donde nos encontramos la tarjeta SIM. La tarjeta SIM almacena información específica de la red usada para autentificar e identificar al cliente, entre otros parámetros: 

 Fig. 2: Distintivo de la tecnología GSM.

GSM es el estándar en telecomunicaciones móviles más extendido en el mundo, con un 82% de los terminales mundiales en uso. GSM cuenta con más de 3000 millones de usuarios en 159 países distintos, siendo el estándar predominante en Europa, América del Sur, Asia y Oceanía, y con gran extensión en América del Norte. En 1992 las primeras redes europeas de GSM-900 iniciaron su actividad, y el mismo año fueron introducidos al mercado los primeros teléfonos móviles GSM, siendo el primero el Nokia 1011 en noviembre de este año.

Fig. 4: Número ICCID de una tarjeta SIM 

ARQUITECTURA GSM La interfaz de radio de GSM se ha implementado en diferentes bandas de frecuencia (850, 900, 1800 y 1900), si bien es la banda de los 900 Mhz con la que nació en Europa y es la más extendida. En todo sistema de emisión con ancho de banda hay que idear técnicas para optimizar el uso de un recurso tan limitado. El sistema

Número IMSI (Identidad Internacional del Suscriptor a un Móvil), que sirve para identificar al abonado en todo el mundo. Este número es el que permite el roaming. Asimismo, nos encontramos con el número ICCID (identificador de la tarjeta del circuito integrado), que es el número de serie de la tarjeta. Haciendo una analogía con redes TCP/IP, este número sería equivalente a la dirección MAC de una tarjeta de red de un dispositivo.



Clave de autenticación única ki que se asigna por el operador en el momento de personalización de la tarjeta. Identificador de área local LAI (Identidad del área de ubicación). Este identificador está relacionado con las celdas y la ubicación geográfica en la que se encuentra el dispositivo móvil y la tarjeta en ese momento. Cuando el terminal móvil cambia de ubicación de un área local a otra almacena su nuevo LAI en la tarjeta SIM y la envía al operador para informar a la red de esta nueva localización.

[Comunicaciones Inalámbricas – 8to ‘’B’’]

25/01/2017

BASE STATION SUBSYSTEM (SUBSISTEMA DE ESTACIÓN BASE) Aquí nos encontramos con dos elementos importantes que son la estación base BTS (Base Transceiver Station) y el controlador de la estación base BSC (Base Station Controller). BTS Las estaciones BTS son visibles para los usuarios pues se corresponde con la llamativa antena que permite la conexión física con el dispositivo móvil. Estas BTS se encargan de varias funciones dentro de la red de telefonía móvil: 

Fig. 5: Conjunto de estaciones dentro de un código local de área.   

MCC: Código del país (3 dígitos). MNC: Código de la red móvil (2 o 3 dígitos). MSIN: Número de 9 o 10 dígitos como máximo que contiene la identificación de la estación móvil (MS o Mobile Station).

Siguiendo con la analogía con redes TCP/IP, el número ICCID sería el equivalente a la dirección IP asocida a un dispositivo cuando entra en una red de datos. El formato de la tarjeta SIM del sistema GSM ha evolucionado rápidamente, reduciendo su tamaño hasta el último conocido como nano SIM.

 

Ofrecen un canal de broadcast que los terminales de abonado utilizan para medir el grado de cobertura disponible y tratar de cambiar a otra BTS si es preciso (handover). Ofrecen canales de tráfico para el establecimiento de llamadas telefónicas desde/hacia los terminales de abonado. Disponen de conexiones alámbricas o inalámbricas hacia las centrales telefónicas BSC, desde donde se pueden encaminar las llamadas hacia otras zonas de la red.

Las BTS son capaces de prestar servicio a un número limitado de abonados dentro del área geográfica determinada por su cobertura radioeléctrica. Es decir, disponen de un número acotado de canales de tráfico disponibles para el establecimiento de llamadas telefónicas. Si todos esos canales están ocupados, ningún otro abonado podrá establecer una llamada hasta que quede algún canal libre, situación que se conoce con el nombre de saturación. En general un BTS tradicional de tecnología 2G GSM es capaz de mantener simultáneamente 3 o 5 portadoras de radio, permitiendo entre 20 y 40 comunicaciones simultáneas. BSC El controlador de la estación base o BSC es el equipo que controla un determinado número de BTSs de un área. Todas las BTSs del área se conectan a la BSC y, a través de ella, pasa todo el flujo de comunicaciones. El elemento BSC se encarga del correcto funcionamiento de las BTSs conectadas, maneja la configuración de cada una de ellas e incluso participa activamente cuando un usuario móvil pasa de una BTS a otra (traspaso más conocido como handover).

Fig. 6: reducción de tamaño de la tarjeta SIM: Por último, asociado a la compañía telefónica nos encontramos con la numeración MSISDN (Red Digital de Servicios Móviles Integrados) que es nuestro número de teléfono móvil. Está compuesto por 15 dígitos como máximo (recomendación de la ITU-T, norma E.164) divididos en CC (código de país), NDC (Código de destino nacional) y SN (Número de suscriptor). Cuando un abonado de telefonía móvil cambia de operador mediante portabilidad, cambiará de número IMSI, pero conservará su número MSISDN. Este número MSISDN se comportará como un nombre de dominio (en una analogía con redes TCP/IP).

NETWORK & SWITCHING SUBSYSTEM (SUBSISTEMA DE RED Y CONMUTACIÓN). El subsistema de red y conmutación se corresponde con la central de telefonía móvil. Este sistema puede dar servicio a un área bastante extensa (50, 100, 200Km...) y está en continua comunicación con los controladores de las estaciones base (BSC). El subsistema de red y conmutación cuenta con varios elementos importantes:  

Centro de conmutación móvil MSC (mobile switch center). Bases de datos de control (HLR, VLR, EIR, AUC).

[Comunicaciones Inalámbricas – 8to ‘’B’’]

25/01/2017 El centro de conmutación móvil se encarga del encaminamiento de las llamadas y de gestionar los abonados móviles (registro, autenticación, traspaso…) en colaboración con otras entidades de la propia red (bases de datos). Además realiza una importante tarea de interconexión, conectando la red móvil a la red fija. Bases de datos de control Entre las diferentes bases de datos de control, encontramos los siguientes elementos clave: 

  

HLR: Registro de localización base. Se trata de la base de datos relacionada con el abonado y su información de localización. VLR: Registro de localización del visitante. Es la base de datos de los abonados de la zona. EIR: Registro de identidad del equipo. Almacena los datos de los equipos móviles. IMEI válidos e inválidos. AUC: Centro de autenticación. Se corresponde con la base de datos de los números secretos de autenticación contenidos en la SIM.

Gestión de movilidad La gestión de movilidad, traspaso o handover consiste en el cambio de BTS para un equipo móvil. Cuando una estación base detecta que le llega muy poca intensidad de señal procedente de un dispositivo móvil avisa al móvil para que busque alternativas. Esto suele ocurrir en las zonas de solapamiento entre celdas. El móvil debe buscar otras estaciones base cercanas a las que se pueda conectar. El proceso conlleva una serie de pasos:   

Realizar un barrido en el resto de frecuencias (para buscar otras estaciones base). Seleccionar la estación base más adecuada entre las disponibles. Cambiar de frecuencia y cortar la conexión con la anterior estación.

Y todo esto sin que se corte la llamada.

GPRS (SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE DATOS POR PAQUETES VÍA RADIO) General Packet Radio Service es una tecnología que perfecciona las deficiencias de GSM en cuanto a la transmisión de datos, introduciendo una red de conmutación de paquetes que funciona de forma paralela a la de conmutación de circuitos de GSM. Es la tecnología usada por el teléfono móvil y por nuestra aplicación para conectarse a Internet, e interactuar con el servidor de video. GPRS define la velocidad de transmisión y recepción de datos del móvil. Esta tecnología reutiliza parte de las infraestructuras usadas por GSM, por tal razón GPRS tienen desde sus inicios la misma cobertura de la red GSM, sus principales objetivos son:  

Mantener los equipos de transmisión y la misma interfaz radio que GSM. Lograr transmitir datos a mayor velocidad realizando las modificaciones mínimas en la red GSM ya existente.

Con el sistema GPRS, introducido por la ETSI (European Telecommunications Standards Institute) para el sistema GSM, el acceso a la red de paquetes se lleva al nivel del usuario del móvil a través de protocolos como TCP/IP, X.25 y CLNP (Connectionless Network Protocol), sin necesidad de utilizar otro tipo de conexiones intermedias por conmutación de circuitos. GPRS permite la transmisión de paquetes en modalidad link by link, es decir, los paquetes de información se encaminan en fases separadas a través de los diversos nodos de soporte del servicio, denominados GSN, por ejemplo si un paquete ha sido transmitido por el interfaz de radio entre el móvil y su estación base, se vuelven a liberar los recursos, de tal forma que pueden ser utilizados por otro usuario. El paquete se vuelve a enviar sucesivamente de nodo a nodo hacia su destino. En GPRS se adopta la técnica del “context reservation”, es decir, se tiende a preservar las informaciones necesarias para soportar o bien las peticiones del servicio de forma activa o bien las que se encuentran momentáneamente en espera. Por lo tanto los recursos de radio de una celda se dividen entre todas las estaciones móviles (MS), aumentando notablemente la eficiencia del sistema. El servicio GPRS, por tanto, está dirigido a aplicaciones con las siguientes características.  

Transmisión poco frecuente de pequeñas o grandes cantidades de datos (aplicaciones interactivas). Transmisión intermitente de tráfico de datos bursty o a ráfagas.

Algunos ejemplos de aplicaciones que cumplen esas características son:     

RTI (Road Traffic Informatics) Telemetría Tele-alarma Control de tráfico ferroviario. Acceso a internet usando la WWW (World Wide Web)

La tecnología GPRS convive con GSM y la complementa. Desde el punto de vista físico los recursos pueden ser reutilizados y existen algunos puntos comunes en la señalización, así en el mismo portador radio pueden coexistir simultáneamente tanto los time slots reservados a la conmutación del circuito, como los time slots reservados al uso del GPRS. La optimización en el empleo de los recursos se obtiene a través de la repartición dinámica de los canales reservados a la conmutación del circuito y de aquellos reservados al GPRS.

Fig. 7: Red GPRS añadida a una red GSM

[Comunicaciones Inalámbricas – 8to ‘’B’’]

25/01/2017   Cuando se presenta una llamada de voz, hay tiempo suficiente para liberar los recursos usados por el GPRS, de tal forma que la llamada por conmutación de circuito, con mayor prioridad, pueda ser efectuada sin problemas.

Características de GPRS:    

Velocidad de transferencia máxima teórica de 171.2 Kbps. Conexión permanente. Tiempo de conexión inferior al segundo. Pago por cantidad de información transmitida, no por tiempo de conexión. Negociación de la calidad de servicio (QoS) entre el terminal y la red

Inconvenientes de GPRS:   

   

Respuesta a una petición de log-on (LOG-ON RESPONSE). Activación del modo de transmisión cifrado (SET GPRS CIPHERING MODE). Petición de actualización de las informaciones de routing (ROUTING UPDATE REQUEST). Respuesta a una petición de actualización de las informaciones de routing (ROUTING UPDATE RESPONSE). Petición de actualización del indicador de routing área (GPRS RA UPDATE REQUEST). Respuesta a una petición de actualización del indicador de routing área (GPRS RA UPDATE RESPONSE).

El nodo SGSN realiza las funciones de encaminamiento, este nodo encapsula los datos recibidos del terminal móvil, en el protocolo de red usado para el transporte de paquetes en su red de distribución (backbone network). ARQUITECTURA DE LA RED GPRS

La red impide que las capacidades máximas puedan ser alcanzadas. Un canal que esté transmitiendo datos no podrá ser utilizado para una llamada telefónica normal. El hecho de que los paquetes viajen separados puede provocar que se pierdan o se dañen por el camino. A pesar del protocolo utilizado, en el que se previeron estos problemas y aplicaron estrategias de retransmisión y de integridad de los paquetes, pueden darse demoras en la recepción de la información.

PROTOCOLO GPRS El protocolo GPRS es de nivel tres, transparente para todas las entidades de red comprendidas entre el terminal móvil y el nodo SGSN al que el móvil esté conectado. Este protocolo soporta tanto el intercambio de información de control como de paquetes entre el móvil y el nodo al que se encuentre conectado.

Fig. 8: Elementos de una red GPRS.

Identificador del protocolo GPRS. Identificador del protocolo de los PDU (identificador de PDP) Mensaje GPRS.

El nodo de soporte GSN de GPRS es el elemento principal de la infraestructura. Existen dos tipos de nodos GSN: unos de entrada SGSN que proporcionan conectividad a las BSC de GSM y otros de salida GGSN que interconectan el sistema con redes de datos externas. Estos routers pueden proporcionar la conexión y la intercomunicación con otras redes de datos, pueden administrar la movilidad de los usuarios a través de los registros GPRS y son capaces de entregar los paquetes de datos a las estaciones móviles, independientemente de su posición.

Identificador del protocolo GPRS: Es una información numérica cuyo objetivo es el de distinguir las ráfagas (los burst) que contienen paquetes GPRS, de las ráfagas que contienen información GSM.

Un nuevo nodo que añade GPRS al sistema GSM es el BG que es necesario principalmente por razones de seguridad y está situado en la conexión con la red troncal Inter-PLMN. Mediante él se pueden intercambiar datos con otras PLMNs (Public Land Mobile Network).

Identificado del protocolo de los PDU: Este identificador, encapsulado en las tramas GPRS, es necesario para direccionar dichas tramas hacia el correcto SAP (Service Access Point) en cuanto son desencapsuladas.

Las redes troncales Inter-PLMN e Intra-PLMN también son elementos nuevos y están basadas en redes IP. Otros nodos que constituyen una novedad en la red son los firewalls o barreras de seguridad, cuya misión es proteger a la red de accesos no deseados, pues en GPRS los nodos tienen direcciones IP y son, por tanto, susceptibles de ataques externos.

El formato de una trama GPRS contiene los siguientes campos:   

Mensaje GPRS: Un mensaje GPRS puede contener datos, o información de control. Los mensajes GPRS de control son definidos por un valor preestablecido del identificador de PDP. Algunos de los posibles mensajes de control se enumeran a continuación: 

Petición de log-on (LOG-ON-REQUEST).

SGSN El SGSN es el principal componente de una res GPRS. Está conectado al BSC por medio de la interfaz Gb (portadora de tráfico

[Comunicaciones Inalámbricas – 8to ‘’B’’]

25/01/2017 GPRS de la señalización entre la parte radio de la red GSM y la parte GPRS) y constituye para el terminal el punto de acceso al servicio de la red GPRS. Sus funciones son:     

Retransmisión de los datos entre el terminal GPRS y el SGNS correspondiente. Gestionar la autentificación de los terminales móviles GPRS y, si este proceso se completa con éxito, encargarse de su registro en la red GPRS y de su gestión de movilidad. Aviso. Este procedimiento lo inicia el SGSN para que el terminal móvil pase del estado STANDBY al READY. Recoger datos necesarios para generar CDRs de facturación. Gestionar la conversión del protocolo Ip empleado en la red troncal a los protocolos SNDCP y LLC empleados entre el SGSN y el terminal móvil.

 

Ordenadores portátiles que utilicen para la conexión inalámbrica un teléfono móvil GPRS. Dispositivos diversos con comunicación móvil y funciones especiales como sistemas de navegación para coches y tarjetas de comunicación inalámbrica en máquinas de

GGSN El GGSN proporciona la interconexión entre la red GPRS y las redes de paquetes de datos externas, como por ejemplo Internet, Intranets corporativas, etc. El GGSN oculta la infraestructura de la red GPRS a las redes externas. Las funciones que realiza son:   

Recibir datos de usuario desde una Intranet o Internet y enviarlos hacia el SGSN que controla el terminal a través de la red troncal mediante el protocolo de tunnelling (GTP). Recibir paquetes de datos de la red troncal GPRS, eliminar el túnel GTP y encaminar los datos de usuario hacia Internet o Intranet. Proporcionar direcciones IP a los terminales GPRS cuando se emplea direccionamiento dinámico.

TIPOLOGÍA DE SERVICIOS El servicio GPRS pone a disposición de sus usuarios dos tipologías de servicio diferente:  

Punto a Punto (PTP). Punto a Multipunto (PTM).

TERMINALES GPRS GPRS puede combinar hasta 8 canales para transferir datos, y cada canal puede transferir a una velocidad de 8 a 12 Kbps. Esta tecnología permite desdoblar la transmisión de voz y datos en diferentes canales que transmiten de forma paralela, permitiendo mantener conversaciones sin cortar la transmisión de datos. Los terminales GPRS cuentan con diversas prestaciones en función del número de canales que utilicen. Debido a esto, contaremos con terminales 2+1 (dos canales para recibir información y un canal para el envío), 3+1, 4+1, etc. El uso de GPRS no se limita sólo a los teléfonos móviles o PDAs, los terminales se pueden clasificar en cinco tipos, en función del uso que le vaya a dar el usuario.   

Teléfonos móviles, que permiten el uso de información escrita o gráfica de forma resumida. Terminales tipo agenda electrónica, con funciones mixtas de voz y datos, que cuentan con pantallas de mayor tamaño y capacidad gráfica que la de un teléfono móvil. Terminales tipo ordenador de mano (PDA) con pantalla de mayor formato y gran capacidad gráfica.

Fig. 9: Terminales GPRS. autoservicio. La introducción de un servicio de datos por conmutación de paquetes, como es GPRS, no asegura a los usuarios GSM la posibilidad de disfrutar simultáneamente de servicios por conmutación de circuito (voz, datos). Naturalmente el uso compartido de los servicios puede llevar a una degradación de las prestaciones en términos de rendimiento de la llamada GPRS.

IS-95 CDMA (Estándar Interno-95) IS-95 (Interim Standard 95). Es un estándar de telefonía móvil celular basado en tecnología CDMA. También conocido por su denominación comercial cdmaOne, fue desarrollado por la compañía norteamericana Qualcomm. IS-95 es un estándar de segunda generación, diseñado para transmitir voz, señalización de llamadas y datos en forma limitada. CDMA Acceso múltiple por división de código CDMA (Code Division Multiple Access), es un esquema de acceso múltiple basado en técnicas de comunicación de espectro ensanchado de secuencia directa DS-SS (Direct Secuence Spread Spectrum), en la que se expande la señal del mensaje hasta un ancho de banda relativamente grande por medio del uso de códigos únicos, ortogonales entre sí, que permiten que varios usuarios compartan los mismos recursos del canal como son el tiempo y la frecuencia.

Técnica de DS-SS (Espectro ensanchado de secuencia directa) Para expandir la forma de onda del mensaje original se lo multiplica por una señal de pseudo-ruido PN (Pseudo Noise). Mediante la técnica de DS-SS cada bit de información se representa por una secuencia de bits codificadores llamados chips.

[Comunicaciones Inalámbricas – 8to ‘’B’’]

25/01/2017 Los códigos dispersores tienen una secuencia conocida, no llevan información y deben estar caracterizados por:  La correlación cruzada debe ser cero o muy pequeña, esta característica garantiza que los códigos sean ortogonales entre sí.  Cada secuencia debe tener un número igual de 1s y de –1s, o el número de 1s difiere del número de –1s por al menos uno.

El proceso de codificación utiliza usualmente dos clases de códigos:

Funciones Ortogonales

CDMA utiliza un vocoder (analizador y sintetizador de voz) que convierte la voz humana a 9.6Kbps de flujo de señal digital. Por tanto un vocoder usa un pequeño ancho de banda para transmitir la información de la voz. Un vocoder utiliza una tasa variable, lo que significa que durante los periodos de silencio la tasa de bits baja. El vocoder IS-95 soporta cuatro tasas 9600, 4800, 2400 y 1200 Kbps, lo que permite reducir el ancho de banda efectivo requerido para la transmisión de voz, lo que se traduce en que el sistema puede incrementar el número total de canales disponibles.

Las funciones ortogonales son usadas ancho de banda de un sistema SS. funciones ortogonales en el canal de dispersor (canalización de usuarios) y modulación ortogonal.

para mejorar la eficiencia del El sistema IS-95CDMA usa ida para conseguir el código en el canal de retorno para la

Códigos de Pseudoruido PN Una secuencia ensanchada ideal debería ser aleatoria. Pero se requiere que tanto el transmisor como el receptor tengan una copia de este flujo de bits, por tanto se necesita una forma predecible para generar el mismo flujo de bits en el transmisor y receptor. Este requerimiento es conocido como generador PN, el cual producirá una secuencia periódica que se repite eventualmente pero que parece aleatoria.

 

Códigos de bloques y Códigos Convolucionales.

CAPACIDAD DEL CANAL

La capacidad del sistema depende de varios factores como son: la demodulación del receptor, la precisión del control de potencia y la potencia de la interferencia introducida por otros usuarios en la misma celda o en celdas vecinas.

La longitud del código será:

Donde

N = número de etapas del registro L = longitud máxima del código. El código PN usado en el canal de ida es llamado “corto” y usa 15 etapas del registro. Códigos de Walsh Los códigos de Walsh son los códigos ortogonales más comunes usados en aplicaciones de CDMA. Un conjunto de códigos de Walsh de longitud n consiste en una matriz de n x n, generada a partir de una matriz

Donde M es el número total de usuarios presentes en la banda o el número de usuarios que una sola celda CDMA puede soportar. Esta celda es omnidireccional y no tiene celdas vecinas que puedan causar interferencia. Además todos los usuarios están transmitiendo el 100% del tiempo.

Efectos de carga Lo considerado en la ecuación anterior, sería un caso ideal, pues en un sistema de comunicación hay muchas celdas que contienen usuarios que causan interferencia a los de las celdas adyacentes por lo que se debe tomar en cuenta el llamado efecto de carga.

Ganancia del proceso La ganancia de procesamiento del sistema cuantifica el grado de rechazo a la interferencia y es el número de chips de PN por cada bit de datos. Se representa por la siguiente ecuación:

Donde

η = factor de carga [0 - 100] % Factor de Re-uso de frecuencia

Donde W es el ancho de banda final R es el ancho de banda del mensaje en bandabase.

Codificación de canal Una vez que la voz es convertida en una señal digital, se necesita hacer un control de errores, para combatir los efectos perjudiciales del canal y así poder aumentar el desempeño del sistema de comunicaciones. Esta técnica se la realiza a costa del ancho de banda ocupado y/o complejidad en el proceso de la señal.

Una característica importante del sistema CDMA es que se puede reutilizar los mismos canales físicos de frecuencia en cada celda del grupo base N (inicialmente igual a 7), pero puede existir interferencia entre los canales. Para mejorar la capacidad del sistema se hace una sectorización de las celdas, esto consiste en dividirlas según la cobertura de antenas que pueden ser de 120 grados, con lo que se reduce el número de celdas por grupo. Por ejemplo si inicialmente se tenía un grupo base N igual 7, con la sectorización con antenas de 120 grados se reduce el grupo base a 3,

25/01/2017 con lo que se reduce el efecto de carga en 3, a esto se le llama ganancia de sectorización λ.

ENLACE DE IDA El canal de ida o forward link es el enlace que va desde la Estación Base hacia el móvil y consiste en 64 canales lógicos, con un ancho de banda de 1228 KHz. Cabe señalar que todas las estaciones base utilizan la mismas secuencias PN, pero cada una está identificada por un único offset de tiempo.

[Comunicaciones Inalámbricas – 8to ‘’B’’] Canal de tráfico El canal de tráfico se usa para transmitir voz y datos del usuario y mensajes de señalización. A dicho canal se le asigna un código de Walsh específico. La voz es codificada utilizando un vocoder de tasa variable, dependiendo de la actividad de la voz. Un subcanal de control de potencia es transmitido continuamente en el canal de tráfico de ida. Un “0” le dice al móvil que incremente su potencia media de salida en 1dB y un “1” indica que la baje en 1dB.

ENLACE DE RETORNO El enlace de retorno o reverse link, va desde el móvil hasta la estación base y consta de dos tipos de canales lógicos:  Canales de acceso  Canales de tráfico. Canal de acceso.- Este canal es usado por la estación móvil para comunicarse con la estación base, cuando el móvil aun no tiene un canal de tráfico asignado. Este canal trabaja a una velocidad fija de 4.8 Kbps. Existen dos tipos de mensajes enviados sobre el canal de acceso: un mensaje de respuesta (en respuesta a un mensaje de la estación base) o un mensaje de petición (enviado por el móvil). Canal de tráfico El canal de tráfico es usado para enviar los datos y voz de usuario. Este canal consta de un bloque que combina de forma aleatoria la ráfaga de datos, El canal de tráfico de retorno lleva típicamente la siguiente información.  Datos generados por el usuario  Liberación (cuando se detecta potencia baja).  Datos de validación de la identidad del móvil.  Características de la estación móvil  Números de origen, destino y conectado.  Datos con respecto del nivel de señales piloto vecinas. .-

Fig. 10 Asignación de códigos de Walsh en el enlace de ida Canal piloto.- Al canal piloto se le asigna el código Walsh 0, el cual no lleva información. El nivel de la señal piloto es constante para todas las estaciones base (4-6dB), y es utilizada para comparar la potencia de la señal entre diferentes estaciones base y así decidir el inicio de un handoff. El canal piloto provee al móvil de referencia de tiempo y fase. Canal de sincronización.- Al canal de sincronización se le asigna el código de Walsh 32, y opera a una velocidad fija de 1.2 Kbps. La información es contenida en el “mensaje de canal de sincronización” que provee al móvil de información acerca de sincronización del sistema El canal de sincronización contiene además el índice de offset de la secuencia PN para la estación base. Canal de paging Este canal provee de información, instrucciones al móvil y mensajes de reconocimiento luego de los intentos de acceso. Opera a una velocidad de 4.8 o 9.6Kbps. Además contiene:      

Número de canales de paging (paginación) Índices de offset de las secuencias PN piloto vecinas Bloqueo hasta que se encienda nuevamente la unidad móvil Liberación de bloqueo Identificación de los números de los cuales se recibe las llamadas Numero de mensajes en espera

CONTROL DE POTENCIA La potencia de cada móvil debe ser controlada para que no cause interferencias a los demás usuarios y a su vez permita una comunicación satisfactoria. Sin control de potencia se puede producir el problema cerca-lejos, en el que los usuarios transmiten a la misma potencia sin importar a que distancia se encuentren de la estación base y por consecuencia el usuario que está más cerca de la estación base tendrá mayor calidad de voz. El valor óptimo del nivel de potencia de recepción debe ser el mínimo posible que permita al enlace cumplir con los objetivos de desempeño definidos por el usuario (BER, FER, capacidad, tasa de llamadas perdidas y cobertura). Para obtener una buena calidad de la señal es necesario mantener una relación Eb/It (Energía de bit/ Interferencia total) deseado y ser capaz de responder a los niveles de la tasa de tramas erróneas FER (Frame Error Rate) a medida que estos ocurran. PROCESAMIENTO DE LA LLAMADA EN IS-95 CDMA Para llevar a cabo una llamada, mantenerla y finalizarla, se necesita varias funciones que permitan realizar dichos procesos

[Comunicaciones Inalámbricas – 8to ‘’B’’]

25/01/2017

Estado libre del sistema o inactivo En este estado se monitorea el canal de paging del enlace de ida, para así enviar y recibir mensajes y obtener los parámetros necesarios para iniciar o recibir una llamada. El móvil envía sobre el canal de paging la siguiente información: parámetros del sistema, lista de canales CDMA, parámetros de acceso.

Fig.11 Etapas del proceso de llamada en el sistema CDMA

Estado de inicialización La etapa de inicialización consta de cuatro sub-etapas que son: 

Determinación del sistema, en la que el móvil selecciona que sistema usará (por ejemplo el sistema A o B de la banda celular.) Adquisición del canal piloto, en el que adquiere el canal piloto más fuerte mediante la búsqueda de todas las posibilidades. Adquisición del canal de sincronización, en el que obtiene dicho canal utilizando la función de Walsh 32 y el offset de tiempo detectado por el canal piloto. Mediante este canal obtiene información acerca de la configuración del sistema y los datos de sincronización de tiempo. Cambio de reloj, en el que el móvil sincroniza su reloj y la fase del código largo, al del sistema CDMA.

 



Estado de acceso al sistema En este estado el móvil envía mensajes sobre el canal de acceso y la estación base envía mensajes en el canal de paging. El móvil monitorea el canal de paging hasta que recibe el conjunto actualizado de mensajes de configuración. Entonces el móvil envía hacia la estación base el mensaje de inicio, mensaje de respuesta, asignación de canal de acceso con prioridad. Para la autenticación del móvil se usa la clave A, que es un número aleatorio conocido solamente por el centro de autenticación (AC Authentication Center). Para la obtención de la clave A se necesita datos como el número serial electrónico (ESN Electronic Serial Number) y el número de identificación el móvil (MIN Mobile Identification Number). Estado del canal de tráfico Cuando el intento de acceso es exitoso, la estación móvil pasa al estado de canal de tráfico. En este estado es cuando se da lugar a la comunicación de voz. Para concluir una llamada el móvil envía una petición de liberación de llamada y espera la respuesta desde la estación base, también la estación base ordena al móvil terminar la llamada y liberar los recursos en cualquier momento, esta información se transmite a través del canal de tráfico de ida. Además se envían mensajes de control de potencia.

Fig.12 Diferencia entre estándares de 2da generación



III. CONCLUSIONES   

El sistema GSM es la segunda generación de los teléfonos móviles, pero el primero en ser completamente digital. Tiene una gran ventaja en comparación con la primera generación ya que tiene más servidos en un mismo dispositivo. Cuando hablamos de un sistema GPRS estamos haciendo referencia a una serie de componentes que se suman a los ya existentes en la antigua arquitectura GSM.





GPRS es una tecnología que usan los dispositivos móviles de segunda generación para conectarse a Internet. La introducción de un servicio de datos por conmutación de paquetes, como es GPRS, no asegura a los usuarios GSM la posibilidad de disfrutar simultáneamente de servicios por conmutación de circuito (voz, datos). Ya que el uso compartido de los servicios puede llevar a una degradación de las prestaciones en términos de rendimiento de la llamada GPRS. Una ventaja del sistema IS-95 CDMA es que es inmune a interferencias de otros usuarios con los que comparte el mismo canal pues codifica la información mediante bloques

[Comunicaciones Inalámbricas – 8to ‘’B’’]

25/01/2017





  

de interleaving, codificación convolucional, chequeo cíclico de redundancia y códigos de usuario pseudoaleatorios. El ancho de banda utilizado para transmitir la información en IS-95 CDMA es mucho mayor que el necesario, esto le da apariencia de ruido y le hace inmune a escuchas no deseados. El ancho de banda de la información de usuario para Rate I es 9.6, 4.8, 2.4 y 1.2Kbps y el ancho de banda al que se transmite es a 1.2288Mbps es decir que la información utiliza de 128 1024 veces el ancho de banda que requiere para su transmisión. Para la detección de datos, en el estándar IS-95 CDMA, el receptor debe conocer la secuencia ensanchadora que utilizó en transmisor al enviar los datos, si no conoce dicha secuencia la información recibida en el receptor se ensanchará nuevamente y no se logrará distinguir la información. La calidad de voz en el sistema IS-95 CDMA dependerá del número de usuarios que compartan el canal y el nivel de interferencia que se causen unos con otros. El ancho de banda asignado para cada transmisión es limitada y para IS-95 CDMA es 1.2288Mbps. La velocidad de transmisión de datos que maneja el estándar IS-95 CDMA no permitirá la transmisión de video de alta definición, pues esta aplicación requiere de un ancho de banda mayor a los 2 Mbps.

. IV. REFERENCIAS

[1] A. Bateman, Comunicaciones digitales, diseño para el [2] [3]

[4]

[5] [6]

mundo, Barcelona: Marcombi Boixareu Editores, 2003. N. Abramson, Teoría de la información y codificación, Madrid: Paraninfo, 1981. F. H. Ramírez Leyva, «Universidad Tecnologica de la Mixteca,» Octubre 2012. [En línea]. Available: http://www.utm.mx/~hugo/metrologia/Metro9.pdf. [Último acceso: 4 Octubre 2016]. Universidad Nacional del Sur, «Departamento de Ingeniería Eléctrica y de Computadoras,» [En línea]. Available: http://www.ingelec.uns.edu.ar/icd2763/TECD_aux/civ.pdf. [Último acceso: 4 Octubre 2016]. W. L. I. Couch, Sistemas de Comunicaciones Digitales y Analógicos, México DF: Pearson Educación, 2008. G. Andrea, « "Wireless communications". Universidad de Cambridge,» 2005. [En línea].