Sistemas de Telefonía.
Telefonía móvil y celular.
• El espectro radioeléctrico.
Se define como el rango de frecuencias utilizables para las comunicaciones.
Está comprendido entre los 9KHz y los 50GHz, y hasta 400GHz para uso experimental.
Las bandas VHF baja y alta, la III y la UHF baja, son las utilizadas por los sistemas de Radiotelefonía Privada (PMR).
BIII: reservada en exclusiva para los sistemas “trunking”.
UHF alta: telefonía inalámbrica y TMA.
1,2 GHz: UMTS, DECT, DCS 1800 y móviles celulares.
• Cuadro Nacional de Atribución de Frecuencias (CNAF).
Define la atribución, adjudicación y asignación de bandas, subcanales, canales y circuitos radioeléctricos de los distintos servicios de telecomunicación.
Contempla las diferentes bandas en que la UIT-R organiza el espectro radioeléctrico, definiendo sus patrones de uso.
• La telefonía vía radio.
La telefonía móvil consiste en ofrecer el acceso vía radio a los abonados de telefonía, de manera tal que puedan realizar y recibir llamadas dentro del área de cobertura del sistema.
Podemos distinguir dos tipos, la celular y la sin hilos.
• Radiotelefonía móvil pública (telefonía celular).
Se denomina celular, porque se sustenta en dos conceptos principales, que son la reutilización de frecuencias y el dimensionamiento celular por medio de hexágonos regulares, a modo de colmena de abeja.
A través de la reutilización de frecuencias, se podrá realizar un nº superior de llamadas que el nº de frecuencias utilizadas.
La estructura celular, facilita el estudio de esa reutilización, asignación de canales por célula y dimensionamiento geográfico de las estaciones.
Como consecuencia de la estructura celular, aparece la sectorización, que consiste en que con la misma estación base y usando antenas directivas, se logra triplicar el nº de canales que soporta el sistema.
• Sistemas de telefonía sin hilos (Cordless).
Estos sistemas están destinados a suministrar el acceso a las redes fijas de usuarios en movimiento con cortos desplazamientos.
Se distinguen los siguientes tipos:
• Uso residencial: 1ª generación. Destinados a permitir al usuario efectuar llamadas desde cualquier punto dentro de su casa.
• Uso público, telepunto o cabina inalámbrica: 2ª generación. Permite la utilización de teléfonos portátiles en la vía pública, siempre que se encuentre en el área de cobertura de una estación base. No permite la recepción de llamada pues no es posible la localización del usuario (handoff).
• Centralitas inalámbricas: 3ª generación. Se dispone de un teléfono portátil de bolsillo, que proporciona todas las facilidades de una extensión fija de la centralita de un centro de trabajo.
• Los sistemas celulares.
Un sistema celular se forma al dividir el territorio en células, atendida por una estación de radio que restringe su zona de cobertura a la misma.
Así el espectro radioeléctrico puede ser reutilizado en cada nueva célula, de esta manera, se puede aumentar el nº de usuarios al no requerirse una frecuencia exclusiva para cada uno de ellos. Cuanto más pequeñas sean las células, mayor será el nº de canales que soporte el sistema.
Se usa una estructura hexagonal porque en el retículo que se forma, la relación entre el perímetro y la superficie es mínima, lo que disminuye el nº de handovers que se producen en los desplazamientos.
Por otra parte, se ha considerado que la relación óptima es que las antenas emitan con un haz concentrado en un sector de 60º, siendo necesarias 6 antenas por estación base, que viene a cubrir una célula.
En la práctica, de lo que se trata es de evitar que existan zonas de sombra, debido a las irregularidades del terreno o ciudad.
• Características de un sistema celular.
• Gran capacidad de usuarios.
• Utilización eficiente del espectro.
• Amplia cobertura.
• Telefonía móvil automática (TMA).
Es una red o servicio de comunicaciones móviles, con una infraestructura común, y que presta servicio a flotas, usuarios individuales o a todo el que lo requiera, conforme a un estándar.
Las bandas de frecuencias empleadas son varias: 450 (en desuso), 900, 1800, 1900 y 2000MHz.
Este servicio puede ser considerado como una extensión del servicio básico telefónico.
Por consiguiente, el abonado TMA puede realizar y recibir llamadas a y desde cualquier abonado, fijo o móvil, nacional o internacional, dentro de la zona de cobertura del sistema.
• Cobertura y seguimiento.
Características.
• Los teléfonos portátiles, enlazan vía radio con las estaciones base a lo largo y ancho del territorio en el que se quiere ofrecer el servicio.
• Los teléfonos se sintonizan automáticamente, a la estación base más cercana. Al desplazarse irán saltando de una a otra estación.
• Las estaciones base, están conectadas a su vez, a la red telefónica básica, haciendo posible la comunicación entre los portátiles y el resto de terminales fijos.
• Para ofrecer este servicio, hay que instalar un determinado nº de estaciones base, de forma que el territorio quede cubierto.
• Cada estación contiende con sus adyacentes en orden a establecer su área de influencia.
• El territorio a cubrir, puede considerarse como un conjunto de zonas de cobertura o celdas.
• El nº de estaciones necesario, viene dado por la extensión del territorio, la orografía del mismo y el nº de usuarios a atender.
• Los sistemas celulares TMA, tienen información puntual sobre la posición aproximada de los portátiles. Conoce en cada momento hacia qué estación base debe dirigir una llamada para establecer la comunicación con él.
• Roaming. Es la capacidad de seguimiento de la posición de los portátiles.
• Independientemente del punto en el que se haya originado / recibido la llamada, facilita al usuario su movilidad por la red o redes, y a la operadora su facturación.
• Los sistemas deben ser capaces de cubrir porciones de territorio muy extensas, sobre todo para ofrecer el servicio en los vehículos.
• Los sistemas celulares TMA, son capaces de mantener el enlace entre el terminal y la red cuando éste pasa de una célula a otra (handover). La red identifica la posición del móvil, realizando su seguimiento.
• El handover es el proceso por el cual se transfiere una comunicación de un canal de una célula a un nuevo canal, en la misma célula o en otra. Según como se realice dicha transferencia podemos tener:
• Handover blando: cuando se mantiene el móvil conectado a dos canales simultáneamente, hasta que se desconecta del anterior, por mejor recepción en la estación nueva.
• Handover duro: el salto de un canal a otro se produce en un momento determinado sin que exista período de transición.
• Estructura de una red de telefonía móvil.
La UIT define el servicio móvil como “el servicio de radiocomunicaciones que se presta entre estaciones móviles y terrestres o entre estaciones móviles”.
Se diferencia del servicio fijo en que al menos uno de los terminales cambia de ubicación con el tiempo, durante el mantenimiento de la conversación telefónica.
La estructura de una red de comunicaciones móviles está compuesta por los siguientes elementos:
• Estaciones móviles (MS). Son los equipos que prestan el servicio concreto en el lugar, instante y formato (voz, datos o imágenes). Cada estación móvil puede actuar como emisor, receptor o ambos modos.
• Estaciones base (BTS). Se encargan de mantener el enlace radioeléctrico entre la estación móvil y la estación de control durante la comunicación. Atiende a una o varias estaciones móviles.
• Estaciones de control (BSC). Realiza las funciones de gestión y mantenimiento del servicio. Asigna las estaciones base de un sector, a las estaciones móviles que se desplazan dentro de él.
• Centro de conmutación (MSC). Permiten la conexión entre las redes públicas y privadas con la red de comunicaciones móviles y la interconexión entre estaciones móviles localizadas en distintas áreas geográficas de la red móvil.
• Evolución de la red de TMA.
Se puede decir que se ha producido en 4 fases:
• Tecnología analógica. 450MHz.
• Tecnología analógica. 900MHz. 1ª generación TMA.
• Tecnología digital. 900, 1800 y 1900MHz. 2ª generación TMA.
• Dual: 900 + 1800MHz.
• Tribanda: 900 + 1800 + 1900MHz.
• Tecnología digital. 3ª generación TMA. UMTS.
• Los sistemas TMA digitales.
En 1982 se establece la norma GSM (Group Special Mobile).
Se establece así mismo, un MoU o convenio internacional, para que sea factible la compatibilidad del sistema entre los países firmantes.
• GSM.
El GSM, es el intento europeo de unificar los distintos sistemas móviles digitales y sustituir a los más de 10 analógicos en uso.
La ventaja principal de este sistema digital celular, es que permite realizar o recibir llamadas en cualquier país que haya adoptado el estándar, aún estando en tránsito por ellos (Roaming), siempre y cuando los distintos operadores hayan firmado acuerdos de colaboración.
• Los servicios en GSM.
El GSM facilita la existencia de una serie de servicios añadidos a los de la telefonía fija:
• Envío de datos hasta 9,6Kbps a través de una tarjeta PCMCIA y el envío de FAX G3.
• Posibilita la creación de redes privadas virtuales.
• Es compatible con la RDSI.
• Permite la identificación de un abonado bajo 2 nºs distintos.
• Servicio de SMS, de hasta 160 caracteres.
• Desvío de llamadas.
• Restricción de llamadas.
• Retención de llamadas (llamada en espera).
• Multiconferencia.
• Identificación u ocultación del nº llamante.
• Nºs de marcación fija.
• Fijación del consumo máximo, etc.
• Ventajas del sistema GSM.
• Capacidad total de seguimiento.
• Gran capacidad de tráfico con una utilización óptima del espectro.
• Mejoras en la calidad del servicio y mayores facilidades.
• Posibilidad de coexistencia con los sistemas analógicos.
• Posibilidad de interconexión con la RDSI.
• Utilización de terminales de usuario de reducido tamaño.
• Terminales personalizables.
• Mejoras en la seguridad de las transmisiones.
• Mayor eficacia de las baterías.
• Utilización de los sistemas de señalización avanzados.
• Características técnicas.
• Banda de recepción: 925-960MHz. Descendente.
• Banda de transmisión: 880-915MHz. Ascendente.
• Canales por portadora: 8 full rate ó 16 half rate.
• Nº portadoras: 124 x 8 canales = 992 canales dúplex.
• Separación entre portadoras: 200KHz.
• BW por canal de 200KHz.
• BW del canal de radio: 25KHz.
• Potencia nominal de las estaciones: 20, 8, 5, 2 y 0,8W.
• Capacidad: 200 Erlangs/km2 (500 para GSM 1800).
• Técnica de transmisión: TDMA/FDD.
• Modulación: GMSK.
• Voz codificada: RPE-LPT a 13Kbps.
• Velocidad binaria de transmisión: 22,8Kbps.
• Velocidad máx del móvil: 200Km/h.
• Arquitectura de una red GSM.
Los principales bloques que la constituyen son:
• MSC (Centro de conmutación de servicios móviles). Interconecta usuarios de la red fija con los de la móvil o a éstos entre sí.
• HLR (registro de localización local). Almacena los datos estáticos relativos al abonado móvil.
• VLR (Registro de posiciones de visitantes). Almacena la información del abonado móvil que entra temporalmente en su zona de cobertura.
• OMC (Centro de operación y mantenimiento). Realiza las funciones de operación y mantenimiento propias del sistema.
• MS (Estación móvil). Terminal móvil de usuario.
• BTS (estación transceptora base). Contiene los transmisores y receptores para la cobertura de una determinada zona (una o varias celdas).
• BSC (controlador de estación base). Coordina la transferencia entre distintas BTS's. Genera el interfaz de señalización cc nº7.
• AuC (centro de autentificación). Protege la comunicación contra la intrusión y el fraude.
• EIR (registro de identificación de equipo). Controla el acceso a la red de equipos móviles no autorizados.
• Mecanismos de seguridad.
• Encriptado digital del enlace. Asegura la privacidad de las conversaciones.
• Autentificación de las llamadas. Mediante la tarjeta SIM.
• Comprobación de validación. Idem.
• Uso no autorizado del terminal. Idem.
• Establecimiento de un “alias temporal”. Evita el seguimiento y localización por terceros.
• Telefonía sin hilos.
Estos sistemas están destinados a suministrar el acceso a las redes fijas de usuarios en movimiento con cortos desplazamientos.
Se distinguen los siguientes tipos:
• Uso residencial: Destinados a permitir al usuario efectuar llamadas desde cualquier punto dentro de su casa.
• Telepunto o cabina inalámbrica: Permite la utilización de teléfonos portátiles en la vía pública, siempre que se encuentre en el área de cobertura de una estación base.
• Centralitas inalámbricas: Permite la conexión a la centralita de la empresa por medio de un teléfono portátil de bolsillo, que proporciona todas las facilidades de una extensión fija de la centralita de un centro de trabajo.
• Generaciones de teléfonos inalámbricos para uso residencial.
• CT-0 analógica. Método de acceso por división de frecuencias (FDMA). De muy baja calidad. Muy sensible a interferencias. No dispone de protección frente a escuchas.
• CT-1 analógica. Mala calidad. Sin protección contra escuchas. Pueden quedar bloqueados por otros del mismo tipo que se encuentren en su área de cobertura.
• CT-1 plus analógica. Mejora de la CT-1. Menos sujeta a interferencias.
• CT-2 digital. Técnica TDD (dúplex por división en el tiempo). 40 canales.
• El estándar DECT.
Es un estándar europeo de telecomunicaciones, para las comunicaciones sin hilos de voz y datos, de usuarios que se mueven dentro de un área pequeña y bien definida.
Tiene una cobertura de entre 25 y 50 metros en interiores y de hasta 250 metros en exteriores.
Maneja sin interferencias un gran número de usuarios.
• Características técnicas del DECT.
• Banda de frecuencias: 1880-1900MHz.
• Canales por portadora: 12
• Nº total de portadoras: 10
• BW canal radio: 1,728MHz.
• Técnica de Tx: MC/TDMA/TDD.
• Modulación GFSK.
• Voz codificada: ADPCM a 32bit encriptada.
• Vel bin Tx: 1152Kbps
• Hasta 10.000 Erlangs/Km2.
• Handover imperceptible.
• Selección dinámica de canales.
• 250mW pot máx de pico.
• Estructura pico-celular.
• Aplicaciones del DECT.
DECT entra dentro de las comunicaciones móviles, en la llamada telefonía sin hilos.
Sus aplicaciones como teléfono residencial, en centralitas sin hilos (wireless PBX), con sistema mono/multi-célula y mono/multi-usuario, servicio telepunto y acceso a redes de área local (LAN), facilitando el acceso vía radio desde la red básica a los usuarios (RLL, Radio in the Local Loop) donde sustituye al tendido de cables.
• La radio en el bucle de abonado.
La radio se puede usar para reemplazar al par de cobre, para efectuar el enlace entre la central local y los abonados, allí donde realizar un tendido de cable sería demasiado costoso.
Al mismo tiempo, que se pueden ofrecer servicios de TMA a una mayor cantidad de usuarios.
Sirve de base para los sistemas de telefonía celular, tanto para dar servicio de telefonía móvil como para facilitar el servicio a zonas rurales.
Los sistemas de radio en el bucle de abonado, presentan una serie de ventajas frente al cable de cobre, como son:
• Coste independiente de la distancia a cubrir.
• Capacidad para dar servicio en áreas de difícil acceso.
• Servicio y calidad equivalentes a los de la red fija.
• Facilidad y rapidez de implantación.
• Rango y cobertura flexibles.
• Bajo coste de mantenimiento.
Las soluciones radio se puden aplican en tres situaciones diferentes.
• Rural. < de 100 hab/Km2. Sistemas punto - multipunto y acceso celular fijo.
• Urbano. >100 <1000 hab/Km2. Acceso celular fijo y telepunto.
• Negocios. >1000 hab/Km2. Sistemas sin hilos. WPBX.
Según el modo de operar los sistemas RLL, presentan dos formas diferentes:
• Que sea parte de una red de telefonía celular.
• Que se emplee para prolongar las extensiones de una central perteneciente a la red de telefonía básica.
• El DECT en la red de acceso.
La tecnología DECT, es una de las más adecuadas para facilitar el acceso vía radio de los abonados a la red de telefonía básica. La distancia entre central y abonados no puede superar los pocos Km, permitiendo el uso de terminales fijos y portátiles.
Se emplean centralitas sin hilos (WPBX), conectadas a una central local de conmutación, situándolas sobre farolas o puntos elevados del entorno.
Los radioenlaces, filtros, adaptadores y antenas se encuentran en la estación base de radio, una de las partes más importantes del sistema RLL.
El uso del espectro es muy eficiente, lo que lo convierte en un sistema muy adecuado para servir zonas con una alta densidad de usuarios y gran tráfico. La planificación celular es sumamente sencilla, permitiendo la inclusión de nuevos usuarios sin necesidad de tener que rediseñar el sistema.
Pueden darse tres situaciones de uso diferentes:
• RLL fija. Sustitución del hilo de cobre, con una unidad de acceso fija a la que se conecta el teléfono estándar.
• RLL fija con movilidad local. Sustitución del hilo de cobre, con una estación base en la residencia. Los portátiles se pueden conectar entre ellos y tener mejor cobertura.
• RLL fija con movilidad en los alrededores y local. Permite además, la movilidad en los alrededores de la residencia.
La solución RLL es competitiva frente a la tradicional basada en el cable, sobre todo en zonas rurales y suburbanas, en las que la densidad de abonados es relativamente baja, pero el nº total de usuarios a los que se les da el servicio sea alto, y así se reparten los costes.
Por otra parte las soluciones RLL, permiten una rápida expansión de la cobertura de telefonía, con unas inversiones reducidas.
• Telefonía móvil en grupo cerrado. Sistemas Trunking.
Los RTGC, son sistemas móviles de radio telefonía privada que ofrecen servicio a un grupo cerrado de usuarios, con o sin la posibilidad de conexión a la red pública telefónica.
Hay dos modalidades:
• Red privada de frecuencia fija, solamente ellos pueden comunicarse. EDACS.
• Red compartida con varios grupos. Trunking.
EDACS. Sistema digital de grupo cerrado de radio, empleado por organismos públicos de seguridad, salvamento, policía, bomberos, ambulancias, etc. Permite la creación de más de 2000 grupos y hasta un total de 16000 usuarios. Su seguridad es tal, que permite el establecimiento de la comunicación en cualquier condición.
Trunking. En éstos todos los canales son compartidos por los distintos grupos, siendo el sistema el que asigna uno de los canales libres para el establecimiento de la comunicación. Quedando libre una vez terminada la llamada. El aprovechamiento de este sistema es máximo.
• Gestión de la llamada.
La principal diferencia con el sistema de TMA, radica en la forma en que se trata la llamada que desea realizar un usuario y no encuentra canales libres. En el TMA es el propio usuario el que tiene que volver a intentar realizarla, mientras que en el Tunking, es el propio sistema el que se encarga de volver a realizarla según la prioridad que se haya establecido.
• Bandas de frecuencias empleadas.
Las bandas empleadas son varias y diversas.
De 30 a 41MHz, para telemandos y buscas dentro de edificios,
De 68 a 87,5MHz, para policía, cruz roja, radionavegación, etc.
De 146 a 174MHz, para radioaficionados, ayuntamientos taxis y ambulancias.
De 300 a 400MHz, para servicios de emergencia.
De 400 a 470MHz, para distintos servicios públicos, emisoras de radio y tv, compañías eléctricas, RENFE, etc.
• Las comunicaciones por satélite.
• La red IRIDIUM.
• Radiolocalización.
Es el Sistema de Posicionamiento Global, con una constelación de 24 satélites, situados en una órbita de 20.000 Km, que transmiten continuamente información e identificación, de tal manera que los usuarios pueden calcular su posición en tres dimensiones (latitud, longitud y altura), rumbo y velocidad de desplazamiento, mediante un sencillo receptor, en base al tiempo empleado por las señales en viajar hasta dicho receptor, por triangulación.
Cada satélite posee su propia identificación, lo que permite extraer su posición en el espacio y en el tiempo, para de ella, junto con la de otros dos, obtener los datos de localizalción y desplazamiento buscados.
