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Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Sistemas Celulares
Ing Jose Gregorio Graterol
Email joseggraterolgmailcom
Telefonos 0416-6613779
0412-2611310
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Introduccioacuten
Objetivos
bull Historia y progresos de las radio-comunicaciones
bull Resumen Histoacuterico y Evolucioacuten mundial
bull Estaacutendares Norteamericanos para telefoniacutea celular (AMPS TDMA CDMA PCS) Estaacutendares Europeos GSM y GRPS
bull Bandas de sistemas A y B
bull Conceptos Generales en Telefoniacutea Celular
bull Comparacioacuten con un sistema conmutacioacuten fijo
bull Componentes de un Sistema Celular
bull Criterios de Desempentildeo
bull Procesos en una Llamada
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Sistema Convencional de Telefoniacutea Moacutevil
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Sistemas Convencionales
Las limitaciones operacionales de las tecnologiacuteas de telefoniacutea
moacuteviles convencionales dieron el empuje para la aparicioacuten de los
sistemas celulares moacuteviles
Las principales limitaciones eran
Capacidad de servicio limitada
Desempentildeo pobre del servicio
Utilizacioacuten ineficiente del espectro radioeleacutectrico
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Sistemas Convencionales
Capacidad de Servicio Limitada
bull Potencia de transmisioacuten tan grande como la regulacioacuten
gubernamental lo permita
bull Canal de frecuencia asignado a una conversacioacuten
bull Conversaciones simultaacuteneas dependientes de los canales
disponibles en el aacuterea geograacutefica de cobertura
bull Necesidad de reiniciar llamada al pasar de un aacuterea de
cobertura a otra ya que la misma se cae
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Sistemas Convencionales Desempentildeo de servicio pobre
Ejemplo de la ciudad de Nueva York en 1976
33 canales asignados y localizados a tres (3) sistemas de telefoniacutea
moacutevil
(1) Sistema MTS (Mobile Telephone Service) (2) Sistema IMTS
(Improved Mobile Telephone System) (MJ) y (3) IMTS (MK)
MTS En los 40 MHz 11 canales MJ En los 150 MHz 11
canales y MK En los 450 MHz 11 canales Los 33 canales
fueron asignados para cubrir un aacuterea con un diaacutemetro de 80 Kms
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Primeros Sistemas Moviles Caso New York 1976
Desempentildeo de servicio pobre
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Primeros Sistemas Moacuteviles Desempentildeo de servicio pobre
En 1976 MJ teniacutea 6 canales para
servir 320 usuarios con 2400 en
lista de espera MK teniacutea 225
usuarios con 1300 en lista de
espera
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Desempentildeo de servicio pobre Evolucioacuten de la Poblacioacuten Mundial
Ciudad 1980 1990 2000 2010 2015
New York 156 160 171 190 197
Paris 817 915 117 121 123
Tokio 285 325 344 357 362
CMexico 130 153 180 198 206
Sao Paulo 85 95 108 119 123
B Aires 99 111 125 140 145
Venezuela 145 197 243 288 310
Boliacutevar 07 10 13 162 175
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
En las horas pico la probabilidad de bloqueo de llamadas era
inmensa
Aunque la calidad del servicio era indeseable la demanda
continuoacute en aumento lo que implicoacute la necesidad de ofrecer un
sistema con mayor capacidad
Medicioacuten de Utilizacioacuten de Frecuencia ldquoMordquo en los sistemas de
telefoniacutea convencional dado por
Mo = Ndeg de usuarios Canal
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
En el ejemplo de Nueva York en 1976 Mo = 53 usuarioscanal
en MJ y 37 usuarioscanal en el MK
Asumiendo un tiempo de llamada promedio de 176 min y
aplicando el modelo de Erlang-B (sin llamadas perdidas) Se
calcula la probabilidad de bloqueo utilizando seis (6) canales con
cada canal sirviendo a los dos (2) diferentes nuacutemeros de usuarios
especificados antes de MJ y MK
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
Carga ofrecida
A = (Tiempo de Prom Llamadatotal de usuarioscanales) 60
min (erlangs)
A1 = (176 x 53 x 6) 60 = 933 erlangs (sistema MJ)
A2 =(176 x 37 x 6) 60 = 651 erlangs (sistema MK)
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
Seguacuten las tablas del modelo ERLANG-B con los seis (6) canales
asignados y en utilizacioacuten por cada sistema se obtienen
probabilidades de bloqueo
B1 = 50 para el MJ y
B2 =30 para el MK
valores muy altos e inaceptables de desempentildeo para la
confiabilidad de obtencioacuten exitosa de la llamada iniciada
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Para reducir los valores de B el Mo (UsuariosCanal) debe ser lo
maacutes pequentildeo posible En relacioacuten a la utilizacioacuten eficiente del
espectro de frecuencias el sistema convencional era imposible
que pudiera cumplir partiendo que un solo canal de frecuencia
solo podiacutea servir a un usuario a la vez en toda el aacuterea de
cobertura
ldquoNecesidad de Mejora de los Servicios de Telefoniacutea
Moacutevilrdquo
Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Desde el principio de las telecomunicaciones dos han sido las
principales opciones para llevar a cabo una comunicacioacuten con o sin
hilos o lo que es lo mismo por cable o por el aire
En realidad ambas pueden participar en un mismo proceso
comunicativo
En las comunicaciones moacuteviles en las que emisor o receptor
estaacuten en movimiento la movilidad de los extremos de la
comunicacioacuten excluye casi por completo la utilizacioacuten de cables
para alcanzar dichos extremos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Por tanto utiliza baacutesicamente la comunicacioacuten viacutea radio Esta se
convierte en una de las mayores ventajas de la comunicacioacuten viacutea
radio la movilidad de los extremos de la conexioacuten
Otras bondades de las redes inalaacutembricas son el ancho de banda
que proporcionan
El raacutepido despliegue que conllevan al no tener que llevar a cabo
obra civil
Sin embargo el cable es maacutes inmune a amenazas externas como
el ruido o las escuchas no autorizadas y no tiene que competir con
otras fuentes por el espacio radioeleacutectrico
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT introdujo el primer servicio telefoacutenico moacutevil en los Estados
Unidos el 17 de junio de 1946 en San Luis Missouri El sistema
operaba con 6 canales en la banda de 150 MHz con un espacio entre
canales de 60 KHz y una antena muy potente
Este sistema se utilizoacute para interconectar usuarios moacuteviles
(usualmente autos) con la red telefoacutenica puacuteblica permitiendo asiacute
llamadas entre estaciones fijas y usuarios moacuteviles
Un antildeo despueacutes el servicio telefoacutenico moacutevil se ofrecioacute en maacutes de
25 ciudades de los EEUU y unos 44000 usuarios en total aunque
por desgracia habiacutea 22000 maacutes en una lista de espera de cinco antildeos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Estos sistemas telefoacutenicos moacuteviles se basaban en una transmisioacuten
de Frecuencia Modulada (FM)
La mayoriacutea de estos sistemas utilizaban un solo transmisor muy
poderoso para proveer cobertura a maacutes de 80 km desde la base
Los canales telefoacutenicos moacuteviles de FM evolucionaron a 120 KHz
del espectro para transmitir la voz con un ancho de banda de 3KHz
Aunque se esperaban mejoras en la estabilidad del transmisor en la
figura de ruido y en el ancho de banda del receptor
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La demanda para el servicio de telefoniacutea moacutevil crecioacute
raacutepidamente y permanecioacute por detraacutes de la capacidad disponible en
muchas de las ciudades de gran tamantildeo
ldquoEs increiacuteble que a pesar de la gran demanda que se
generoacute fue necesario que pasaran maacutes de 30 antildeos
(1946-1976) para cubrir las necesidades de telefoniacutea
moacutevilrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La capacidad del sistema era menor que el traacutefico que teniacutea que
soportar por ello la calidad del servicio era terrible las
probabilidades de bloqueo eran del 65 o maacutes altas La inutilidad
del teleacutefono moacutevil disminuyoacute la frecuencia de su uso ya que los
usuarios encontraron que era mejor prevenir no hablando en horas
picos
Los usuarios y las compantildeiacuteas telefoacutenicas se dieron cuenta que un
conjunto de canales no seriacutea suficiente para desarrollar un servicio
telefoacutenico moacutevil uacutetil Se necesitariacutean grandes bloques del espectro
para satisfacer la demanda en aacutereas urbanas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1949 la FCC (la FCC es la comisioacuten federal de
comunicaciones que es el organismo que regula las comunicaciones
en los EEUU) dispuso maacutes canales y la mitad se los dio a la
compantildeiacutea Bell System y la otra mitad a compantildeiacuteas independientes
como la RCC(Radio Common Carriers) con la intencioacuten de crear la
competencia y evitar los monopolios
Fue a mediados de los 50 cuando se creoacute el primer equipo para
viajar en auto de menor tamantildeo Esto sucedioacute en Estocolmo en las
oficinas centrales de Ericsson pero no fue sino 10 antildeos despueacutes
cuando los transistores redujeron en peso tamantildeo y potencia para
poder introducirlos al mercado
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1956 la Bell System comenzoacute a dar servicio en los 450 MHz
que era una nueva banda para tener una mayor capacidad
En 1958 la Richmond Radiotelephone Co mejoroacute su sistema de
marcado conectando raacutepidamente las llamadas de moacutevil a moacutevil
A mediados de los 60rsquos el Sistema Bell introdujo el Servicio
Telefoacutenico Moacutevil Mejorado (IMTS por sus siglas en ingleacutes) con
caracteriacutesticas mejoradas Las mejoras en el disentildeo del transmisor y
del receptor permitieron una reduccioacuten en el ancho de banda del
canal de FM de 25-30 KHz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
A finales de los 60rsquos y principios de los 70rsquos comenzoacute el trabajo
con los primeros sistemas de telefoniacutea celular
Las frecuencias no eran reutilizadas en ceacutelulas adyacentes para
evitar la interferencia en estos primeros sistemas celulares
En enero 1969 la Bell System aplicoacute por primera vez el reuso de
frecuencias en un servicio comercial para teleacutefonos puacuteblicos de la
liacutenea del tren de NY a Washington DC Para desarrollar este
sistema se utilizaron 6 canales en la banda de 450 MHz en nueve
zonas a lo largo de una ruta de 380 km
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Mientras que las comunicaciones de voz utilizaron el mismo FM
analoacutegico que se habiacutea estado usando desde la II Guerra Mundial
Dos Mejoras importantes hicieron el concepto celular realidad
A principios de los 70rsquos se inventoacute el microprocesador
aunque los algoritmos complejos de control se implantaban en
loacutegica con cables el microprocesador hizo maacutes faacutecil la vida de
todos
La segunda mejora fue en el uso de un enlace de control
digital entre el teleacutefono moacutevil y la estacioacuten base
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1973 Martin Cooper entonces trabajando para Motorola
presionoacute una tecla obtuvo sentildeal de marcacioacuten e hizo la primera
llamada desde un moacutevil en el mundo Cooper entroacute para la historia
no solo por ser el primer usuario sino tambieacuten por ser considerado
el inventor de este nuevo medio de comunicacioacuten
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El concepto de comunicaciones moacuteviles utilizando una red celular
nacioacute en 1947 en los Bell Laboratories el departamento de pesquisa
de ATampT el uacutenico operador norte-americano a la fecha Por
entonces la idea no era realizable debido a dificultades en la
concesioacuten de espectro de radio por parte de las autoridades Pero a
partir de 1960 los Bell Labs y Motorola empezaron a estudiar el
concepto y intentando ponerlo en praacutectica La carrera al celular fue
vencida por Motorola en el diacutea tres de Abril de 1973 gracias a los
esfuerzos de Cooper que pretendiacutea que las personas fuesen capaces
de transportar y utilizar su teleacutefono en todos los sitios
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El diacutea tres de Abril de 1973 Cooper estaba en la esquina de una
calle en Manhattan camino de una conferencia de prensa en un
hotel cuando decidioacute intentar hacer una llamada personal Cooper
cogioacute su terminal Dyna-Tac presionoacute la tecla para conectar el moacutevil
y el aparato logroacute conectarse a la red fija a traveacutes de la estacioacuten-base
instalada en el tope de un edificio Entonces Cooper marcoacute el
nuacutemero de su rival Joel Engel el responsable del departamento de
pesquisa de Bell Labs No obstante la introduccioacuten del primer
servicio comercial apenas sucedioacute en 1979 en Japoacuten y apenas en
1982 la FCC aproboacute en los Estados Unidos el lanzamiento por parte
de la empresa Ameritech del primer sistema moacutevil comercial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
No fue sino hasta marzo de 1977 cuando la FCC aproboacute que Bell
probara un sistema celular en Chicago
En 1978 en EEUU comenzoacute a operar el Servicio Telefoacutenico
Moacutevil Avanzado o Advanced Mobile Phone Service AMPS
En ese antildeo 10 ceacutelulas cubriacutean 355000 kms cuadrados en el aacuterea
de Chicago operando en las nuevas frecuencias en la banda de 800
MHz
Esta red utilizaba circuitos integrados LS una computadora
dedicada y un sistema de conmutacioacuten lo que proboacute que los
sistemas celulares podiacutean funcionar
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial La seleccioacuten y asignacioacuten de la banda de 800 MHz a la telefoniacutea
celular se basoacute en las limitaciones existentes en las otras bandas
del espectro
No era la banda de frecuencia maacutes idoacutenea pero con la tecnologiacutea
vigente del momento podiacutea desplegarse y ser implementada pero
sin ir maacutes allaacute de la misma Las tecnologiacuteas futuras permitieron
despliegues en bandas superiores
La FCC despueacutes de analizar todas las estrategias de factibilidad
mercado y eficiencias de operacioacuten decidioacute adjudicar en 1980 las
bandas de 800 MHz a dos (2) competidores dividiendo la misma
en bloques y denominaacutendolas Banda ldquoArdquo y Banda ldquoBrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT desarrolloacute un modelo junto con Motorola conocido como
Dyna-TACS o TACS que significa Total Access Communications
System el cual se puso en marcha en Baltimore y en Washington
DC por la compantildeiacutea Cellular One el 16 de diciembre de 1983
Otro estaacutendar que surgioacute fue el de AURORA-400 en Canadaacute en
febrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel Este sistema
llamado descentralizado opera en los 420 MHz y utilizaba 86
ceacutelulas funcionando mejor en aacutereas rurales por su poca capacidad
pero cobertura amplia
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Eacuteste es el primer teleacutefono celular de la historia el abuelo de los que conocemos en la actualidad Su nombre es
Motorola DynaTAC 8000X y aparecioacute por primera vez en el antildeo de 1983
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Introduccioacuten
Objetivos
bull Historia y progresos de las radio-comunicaciones
bull Resumen Histoacuterico y Evolucioacuten mundial
bull Estaacutendares Norteamericanos para telefoniacutea celular (AMPS TDMA CDMA PCS) Estaacutendares Europeos GSM y GRPS
bull Bandas de sistemas A y B
bull Conceptos Generales en Telefoniacutea Celular
bull Comparacioacuten con un sistema conmutacioacuten fijo
bull Componentes de un Sistema Celular
bull Criterios de Desempentildeo
bull Procesos en una Llamada
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Sistema Convencional de Telefoniacutea Moacutevil
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Sistemas Convencionales
Las limitaciones operacionales de las tecnologiacuteas de telefoniacutea
moacuteviles convencionales dieron el empuje para la aparicioacuten de los
sistemas celulares moacuteviles
Las principales limitaciones eran
Capacidad de servicio limitada
Desempentildeo pobre del servicio
Utilizacioacuten ineficiente del espectro radioeleacutectrico
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Sistemas Convencionales
Capacidad de Servicio Limitada
bull Potencia de transmisioacuten tan grande como la regulacioacuten
gubernamental lo permita
bull Canal de frecuencia asignado a una conversacioacuten
bull Conversaciones simultaacuteneas dependientes de los canales
disponibles en el aacuterea geograacutefica de cobertura
bull Necesidad de reiniciar llamada al pasar de un aacuterea de
cobertura a otra ya que la misma se cae
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Sistemas Convencionales Desempentildeo de servicio pobre
Ejemplo de la ciudad de Nueva York en 1976
33 canales asignados y localizados a tres (3) sistemas de telefoniacutea
moacutevil
(1) Sistema MTS (Mobile Telephone Service) (2) Sistema IMTS
(Improved Mobile Telephone System) (MJ) y (3) IMTS (MK)
MTS En los 40 MHz 11 canales MJ En los 150 MHz 11
canales y MK En los 450 MHz 11 canales Los 33 canales
fueron asignados para cubrir un aacuterea con un diaacutemetro de 80 Kms
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Primeros Sistemas Moviles Caso New York 1976
Desempentildeo de servicio pobre
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Primeros Sistemas Moacuteviles Desempentildeo de servicio pobre
En 1976 MJ teniacutea 6 canales para
servir 320 usuarios con 2400 en
lista de espera MK teniacutea 225
usuarios con 1300 en lista de
espera
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Desempentildeo de servicio pobre Evolucioacuten de la Poblacioacuten Mundial
Ciudad 1980 1990 2000 2010 2015
New York 156 160 171 190 197
Paris 817 915 117 121 123
Tokio 285 325 344 357 362
CMexico 130 153 180 198 206
Sao Paulo 85 95 108 119 123
B Aires 99 111 125 140 145
Venezuela 145 197 243 288 310
Boliacutevar 07 10 13 162 175
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
En las horas pico la probabilidad de bloqueo de llamadas era
inmensa
Aunque la calidad del servicio era indeseable la demanda
continuoacute en aumento lo que implicoacute la necesidad de ofrecer un
sistema con mayor capacidad
Medicioacuten de Utilizacioacuten de Frecuencia ldquoMordquo en los sistemas de
telefoniacutea convencional dado por
Mo = Ndeg de usuarios Canal
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
En el ejemplo de Nueva York en 1976 Mo = 53 usuarioscanal
en MJ y 37 usuarioscanal en el MK
Asumiendo un tiempo de llamada promedio de 176 min y
aplicando el modelo de Erlang-B (sin llamadas perdidas) Se
calcula la probabilidad de bloqueo utilizando seis (6) canales con
cada canal sirviendo a los dos (2) diferentes nuacutemeros de usuarios
especificados antes de MJ y MK
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
Carga ofrecida
A = (Tiempo de Prom Llamadatotal de usuarioscanales) 60
min (erlangs)
A1 = (176 x 53 x 6) 60 = 933 erlangs (sistema MJ)
A2 =(176 x 37 x 6) 60 = 651 erlangs (sistema MK)
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
Seguacuten las tablas del modelo ERLANG-B con los seis (6) canales
asignados y en utilizacioacuten por cada sistema se obtienen
probabilidades de bloqueo
B1 = 50 para el MJ y
B2 =30 para el MK
valores muy altos e inaceptables de desempentildeo para la
confiabilidad de obtencioacuten exitosa de la llamada iniciada
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Para reducir los valores de B el Mo (UsuariosCanal) debe ser lo
maacutes pequentildeo posible En relacioacuten a la utilizacioacuten eficiente del
espectro de frecuencias el sistema convencional era imposible
que pudiera cumplir partiendo que un solo canal de frecuencia
solo podiacutea servir a un usuario a la vez en toda el aacuterea de
cobertura
ldquoNecesidad de Mejora de los Servicios de Telefoniacutea
Moacutevilrdquo
Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Desde el principio de las telecomunicaciones dos han sido las
principales opciones para llevar a cabo una comunicacioacuten con o sin
hilos o lo que es lo mismo por cable o por el aire
En realidad ambas pueden participar en un mismo proceso
comunicativo
En las comunicaciones moacuteviles en las que emisor o receptor
estaacuten en movimiento la movilidad de los extremos de la
comunicacioacuten excluye casi por completo la utilizacioacuten de cables
para alcanzar dichos extremos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Por tanto utiliza baacutesicamente la comunicacioacuten viacutea radio Esta se
convierte en una de las mayores ventajas de la comunicacioacuten viacutea
radio la movilidad de los extremos de la conexioacuten
Otras bondades de las redes inalaacutembricas son el ancho de banda
que proporcionan
El raacutepido despliegue que conllevan al no tener que llevar a cabo
obra civil
Sin embargo el cable es maacutes inmune a amenazas externas como
el ruido o las escuchas no autorizadas y no tiene que competir con
otras fuentes por el espacio radioeleacutectrico
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT introdujo el primer servicio telefoacutenico moacutevil en los Estados
Unidos el 17 de junio de 1946 en San Luis Missouri El sistema
operaba con 6 canales en la banda de 150 MHz con un espacio entre
canales de 60 KHz y una antena muy potente
Este sistema se utilizoacute para interconectar usuarios moacuteviles
(usualmente autos) con la red telefoacutenica puacuteblica permitiendo asiacute
llamadas entre estaciones fijas y usuarios moacuteviles
Un antildeo despueacutes el servicio telefoacutenico moacutevil se ofrecioacute en maacutes de
25 ciudades de los EEUU y unos 44000 usuarios en total aunque
por desgracia habiacutea 22000 maacutes en una lista de espera de cinco antildeos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Estos sistemas telefoacutenicos moacuteviles se basaban en una transmisioacuten
de Frecuencia Modulada (FM)
La mayoriacutea de estos sistemas utilizaban un solo transmisor muy
poderoso para proveer cobertura a maacutes de 80 km desde la base
Los canales telefoacutenicos moacuteviles de FM evolucionaron a 120 KHz
del espectro para transmitir la voz con un ancho de banda de 3KHz
Aunque se esperaban mejoras en la estabilidad del transmisor en la
figura de ruido y en el ancho de banda del receptor
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La demanda para el servicio de telefoniacutea moacutevil crecioacute
raacutepidamente y permanecioacute por detraacutes de la capacidad disponible en
muchas de las ciudades de gran tamantildeo
ldquoEs increiacuteble que a pesar de la gran demanda que se
generoacute fue necesario que pasaran maacutes de 30 antildeos
(1946-1976) para cubrir las necesidades de telefoniacutea
moacutevilrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La capacidad del sistema era menor que el traacutefico que teniacutea que
soportar por ello la calidad del servicio era terrible las
probabilidades de bloqueo eran del 65 o maacutes altas La inutilidad
del teleacutefono moacutevil disminuyoacute la frecuencia de su uso ya que los
usuarios encontraron que era mejor prevenir no hablando en horas
picos
Los usuarios y las compantildeiacuteas telefoacutenicas se dieron cuenta que un
conjunto de canales no seriacutea suficiente para desarrollar un servicio
telefoacutenico moacutevil uacutetil Se necesitariacutean grandes bloques del espectro
para satisfacer la demanda en aacutereas urbanas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1949 la FCC (la FCC es la comisioacuten federal de
comunicaciones que es el organismo que regula las comunicaciones
en los EEUU) dispuso maacutes canales y la mitad se los dio a la
compantildeiacutea Bell System y la otra mitad a compantildeiacuteas independientes
como la RCC(Radio Common Carriers) con la intencioacuten de crear la
competencia y evitar los monopolios
Fue a mediados de los 50 cuando se creoacute el primer equipo para
viajar en auto de menor tamantildeo Esto sucedioacute en Estocolmo en las
oficinas centrales de Ericsson pero no fue sino 10 antildeos despueacutes
cuando los transistores redujeron en peso tamantildeo y potencia para
poder introducirlos al mercado
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1956 la Bell System comenzoacute a dar servicio en los 450 MHz
que era una nueva banda para tener una mayor capacidad
En 1958 la Richmond Radiotelephone Co mejoroacute su sistema de
marcado conectando raacutepidamente las llamadas de moacutevil a moacutevil
A mediados de los 60rsquos el Sistema Bell introdujo el Servicio
Telefoacutenico Moacutevil Mejorado (IMTS por sus siglas en ingleacutes) con
caracteriacutesticas mejoradas Las mejoras en el disentildeo del transmisor y
del receptor permitieron una reduccioacuten en el ancho de banda del
canal de FM de 25-30 KHz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
A finales de los 60rsquos y principios de los 70rsquos comenzoacute el trabajo
con los primeros sistemas de telefoniacutea celular
Las frecuencias no eran reutilizadas en ceacutelulas adyacentes para
evitar la interferencia en estos primeros sistemas celulares
En enero 1969 la Bell System aplicoacute por primera vez el reuso de
frecuencias en un servicio comercial para teleacutefonos puacuteblicos de la
liacutenea del tren de NY a Washington DC Para desarrollar este
sistema se utilizaron 6 canales en la banda de 450 MHz en nueve
zonas a lo largo de una ruta de 380 km
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Mientras que las comunicaciones de voz utilizaron el mismo FM
analoacutegico que se habiacutea estado usando desde la II Guerra Mundial
Dos Mejoras importantes hicieron el concepto celular realidad
A principios de los 70rsquos se inventoacute el microprocesador
aunque los algoritmos complejos de control se implantaban en
loacutegica con cables el microprocesador hizo maacutes faacutecil la vida de
todos
La segunda mejora fue en el uso de un enlace de control
digital entre el teleacutefono moacutevil y la estacioacuten base
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1973 Martin Cooper entonces trabajando para Motorola
presionoacute una tecla obtuvo sentildeal de marcacioacuten e hizo la primera
llamada desde un moacutevil en el mundo Cooper entroacute para la historia
no solo por ser el primer usuario sino tambieacuten por ser considerado
el inventor de este nuevo medio de comunicacioacuten
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El concepto de comunicaciones moacuteviles utilizando una red celular
nacioacute en 1947 en los Bell Laboratories el departamento de pesquisa
de ATampT el uacutenico operador norte-americano a la fecha Por
entonces la idea no era realizable debido a dificultades en la
concesioacuten de espectro de radio por parte de las autoridades Pero a
partir de 1960 los Bell Labs y Motorola empezaron a estudiar el
concepto y intentando ponerlo en praacutectica La carrera al celular fue
vencida por Motorola en el diacutea tres de Abril de 1973 gracias a los
esfuerzos de Cooper que pretendiacutea que las personas fuesen capaces
de transportar y utilizar su teleacutefono en todos los sitios
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El diacutea tres de Abril de 1973 Cooper estaba en la esquina de una
calle en Manhattan camino de una conferencia de prensa en un
hotel cuando decidioacute intentar hacer una llamada personal Cooper
cogioacute su terminal Dyna-Tac presionoacute la tecla para conectar el moacutevil
y el aparato logroacute conectarse a la red fija a traveacutes de la estacioacuten-base
instalada en el tope de un edificio Entonces Cooper marcoacute el
nuacutemero de su rival Joel Engel el responsable del departamento de
pesquisa de Bell Labs No obstante la introduccioacuten del primer
servicio comercial apenas sucedioacute en 1979 en Japoacuten y apenas en
1982 la FCC aproboacute en los Estados Unidos el lanzamiento por parte
de la empresa Ameritech del primer sistema moacutevil comercial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
No fue sino hasta marzo de 1977 cuando la FCC aproboacute que Bell
probara un sistema celular en Chicago
En 1978 en EEUU comenzoacute a operar el Servicio Telefoacutenico
Moacutevil Avanzado o Advanced Mobile Phone Service AMPS
En ese antildeo 10 ceacutelulas cubriacutean 355000 kms cuadrados en el aacuterea
de Chicago operando en las nuevas frecuencias en la banda de 800
MHz
Esta red utilizaba circuitos integrados LS una computadora
dedicada y un sistema de conmutacioacuten lo que proboacute que los
sistemas celulares podiacutean funcionar
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial La seleccioacuten y asignacioacuten de la banda de 800 MHz a la telefoniacutea
celular se basoacute en las limitaciones existentes en las otras bandas
del espectro
No era la banda de frecuencia maacutes idoacutenea pero con la tecnologiacutea
vigente del momento podiacutea desplegarse y ser implementada pero
sin ir maacutes allaacute de la misma Las tecnologiacuteas futuras permitieron
despliegues en bandas superiores
La FCC despueacutes de analizar todas las estrategias de factibilidad
mercado y eficiencias de operacioacuten decidioacute adjudicar en 1980 las
bandas de 800 MHz a dos (2) competidores dividiendo la misma
en bloques y denominaacutendolas Banda ldquoArdquo y Banda ldquoBrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT desarrolloacute un modelo junto con Motorola conocido como
Dyna-TACS o TACS que significa Total Access Communications
System el cual se puso en marcha en Baltimore y en Washington
DC por la compantildeiacutea Cellular One el 16 de diciembre de 1983
Otro estaacutendar que surgioacute fue el de AURORA-400 en Canadaacute en
febrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel Este sistema
llamado descentralizado opera en los 420 MHz y utilizaba 86
ceacutelulas funcionando mejor en aacutereas rurales por su poca capacidad
pero cobertura amplia
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Eacuteste es el primer teleacutefono celular de la historia el abuelo de los que conocemos en la actualidad Su nombre es
Motorola DynaTAC 8000X y aparecioacute por primera vez en el antildeo de 1983
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Sistema Convencional de Telefoniacutea Moacutevil
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Sistemas Convencionales
Las limitaciones operacionales de las tecnologiacuteas de telefoniacutea
moacuteviles convencionales dieron el empuje para la aparicioacuten de los
sistemas celulares moacuteviles
Las principales limitaciones eran
Capacidad de servicio limitada
Desempentildeo pobre del servicio
Utilizacioacuten ineficiente del espectro radioeleacutectrico
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Sistemas Convencionales
Capacidad de Servicio Limitada
bull Potencia de transmisioacuten tan grande como la regulacioacuten
gubernamental lo permita
bull Canal de frecuencia asignado a una conversacioacuten
bull Conversaciones simultaacuteneas dependientes de los canales
disponibles en el aacuterea geograacutefica de cobertura
bull Necesidad de reiniciar llamada al pasar de un aacuterea de
cobertura a otra ya que la misma se cae
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Sistemas Convencionales Desempentildeo de servicio pobre
Ejemplo de la ciudad de Nueva York en 1976
33 canales asignados y localizados a tres (3) sistemas de telefoniacutea
moacutevil
(1) Sistema MTS (Mobile Telephone Service) (2) Sistema IMTS
(Improved Mobile Telephone System) (MJ) y (3) IMTS (MK)
MTS En los 40 MHz 11 canales MJ En los 150 MHz 11
canales y MK En los 450 MHz 11 canales Los 33 canales
fueron asignados para cubrir un aacuterea con un diaacutemetro de 80 Kms
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Primeros Sistemas Moviles Caso New York 1976
Desempentildeo de servicio pobre
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Primeros Sistemas Moacuteviles Desempentildeo de servicio pobre
En 1976 MJ teniacutea 6 canales para
servir 320 usuarios con 2400 en
lista de espera MK teniacutea 225
usuarios con 1300 en lista de
espera
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Desempentildeo de servicio pobre Evolucioacuten de la Poblacioacuten Mundial
Ciudad 1980 1990 2000 2010 2015
New York 156 160 171 190 197
Paris 817 915 117 121 123
Tokio 285 325 344 357 362
CMexico 130 153 180 198 206
Sao Paulo 85 95 108 119 123
B Aires 99 111 125 140 145
Venezuela 145 197 243 288 310
Boliacutevar 07 10 13 162 175
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
En las horas pico la probabilidad de bloqueo de llamadas era
inmensa
Aunque la calidad del servicio era indeseable la demanda
continuoacute en aumento lo que implicoacute la necesidad de ofrecer un
sistema con mayor capacidad
Medicioacuten de Utilizacioacuten de Frecuencia ldquoMordquo en los sistemas de
telefoniacutea convencional dado por
Mo = Ndeg de usuarios Canal
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
En el ejemplo de Nueva York en 1976 Mo = 53 usuarioscanal
en MJ y 37 usuarioscanal en el MK
Asumiendo un tiempo de llamada promedio de 176 min y
aplicando el modelo de Erlang-B (sin llamadas perdidas) Se
calcula la probabilidad de bloqueo utilizando seis (6) canales con
cada canal sirviendo a los dos (2) diferentes nuacutemeros de usuarios
especificados antes de MJ y MK
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
Carga ofrecida
A = (Tiempo de Prom Llamadatotal de usuarioscanales) 60
min (erlangs)
A1 = (176 x 53 x 6) 60 = 933 erlangs (sistema MJ)
A2 =(176 x 37 x 6) 60 = 651 erlangs (sistema MK)
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
Seguacuten las tablas del modelo ERLANG-B con los seis (6) canales
asignados y en utilizacioacuten por cada sistema se obtienen
probabilidades de bloqueo
B1 = 50 para el MJ y
B2 =30 para el MK
valores muy altos e inaceptables de desempentildeo para la
confiabilidad de obtencioacuten exitosa de la llamada iniciada
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Para reducir los valores de B el Mo (UsuariosCanal) debe ser lo
maacutes pequentildeo posible En relacioacuten a la utilizacioacuten eficiente del
espectro de frecuencias el sistema convencional era imposible
que pudiera cumplir partiendo que un solo canal de frecuencia
solo podiacutea servir a un usuario a la vez en toda el aacuterea de
cobertura
ldquoNecesidad de Mejora de los Servicios de Telefoniacutea
Moacutevilrdquo
Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Desde el principio de las telecomunicaciones dos han sido las
principales opciones para llevar a cabo una comunicacioacuten con o sin
hilos o lo que es lo mismo por cable o por el aire
En realidad ambas pueden participar en un mismo proceso
comunicativo
En las comunicaciones moacuteviles en las que emisor o receptor
estaacuten en movimiento la movilidad de los extremos de la
comunicacioacuten excluye casi por completo la utilizacioacuten de cables
para alcanzar dichos extremos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Por tanto utiliza baacutesicamente la comunicacioacuten viacutea radio Esta se
convierte en una de las mayores ventajas de la comunicacioacuten viacutea
radio la movilidad de los extremos de la conexioacuten
Otras bondades de las redes inalaacutembricas son el ancho de banda
que proporcionan
El raacutepido despliegue que conllevan al no tener que llevar a cabo
obra civil
Sin embargo el cable es maacutes inmune a amenazas externas como
el ruido o las escuchas no autorizadas y no tiene que competir con
otras fuentes por el espacio radioeleacutectrico
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT introdujo el primer servicio telefoacutenico moacutevil en los Estados
Unidos el 17 de junio de 1946 en San Luis Missouri El sistema
operaba con 6 canales en la banda de 150 MHz con un espacio entre
canales de 60 KHz y una antena muy potente
Este sistema se utilizoacute para interconectar usuarios moacuteviles
(usualmente autos) con la red telefoacutenica puacuteblica permitiendo asiacute
llamadas entre estaciones fijas y usuarios moacuteviles
Un antildeo despueacutes el servicio telefoacutenico moacutevil se ofrecioacute en maacutes de
25 ciudades de los EEUU y unos 44000 usuarios en total aunque
por desgracia habiacutea 22000 maacutes en una lista de espera de cinco antildeos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Estos sistemas telefoacutenicos moacuteviles se basaban en una transmisioacuten
de Frecuencia Modulada (FM)
La mayoriacutea de estos sistemas utilizaban un solo transmisor muy
poderoso para proveer cobertura a maacutes de 80 km desde la base
Los canales telefoacutenicos moacuteviles de FM evolucionaron a 120 KHz
del espectro para transmitir la voz con un ancho de banda de 3KHz
Aunque se esperaban mejoras en la estabilidad del transmisor en la
figura de ruido y en el ancho de banda del receptor
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La demanda para el servicio de telefoniacutea moacutevil crecioacute
raacutepidamente y permanecioacute por detraacutes de la capacidad disponible en
muchas de las ciudades de gran tamantildeo
ldquoEs increiacuteble que a pesar de la gran demanda que se
generoacute fue necesario que pasaran maacutes de 30 antildeos
(1946-1976) para cubrir las necesidades de telefoniacutea
moacutevilrdquo
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La capacidad del sistema era menor que el traacutefico que teniacutea que
soportar por ello la calidad del servicio era terrible las
probabilidades de bloqueo eran del 65 o maacutes altas La inutilidad
del teleacutefono moacutevil disminuyoacute la frecuencia de su uso ya que los
usuarios encontraron que era mejor prevenir no hablando en horas
picos
Los usuarios y las compantildeiacuteas telefoacutenicas se dieron cuenta que un
conjunto de canales no seriacutea suficiente para desarrollar un servicio
telefoacutenico moacutevil uacutetil Se necesitariacutean grandes bloques del espectro
para satisfacer la demanda en aacutereas urbanas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1949 la FCC (la FCC es la comisioacuten federal de
comunicaciones que es el organismo que regula las comunicaciones
en los EEUU) dispuso maacutes canales y la mitad se los dio a la
compantildeiacutea Bell System y la otra mitad a compantildeiacuteas independientes
como la RCC(Radio Common Carriers) con la intencioacuten de crear la
competencia y evitar los monopolios
Fue a mediados de los 50 cuando se creoacute el primer equipo para
viajar en auto de menor tamantildeo Esto sucedioacute en Estocolmo en las
oficinas centrales de Ericsson pero no fue sino 10 antildeos despueacutes
cuando los transistores redujeron en peso tamantildeo y potencia para
poder introducirlos al mercado
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1956 la Bell System comenzoacute a dar servicio en los 450 MHz
que era una nueva banda para tener una mayor capacidad
En 1958 la Richmond Radiotelephone Co mejoroacute su sistema de
marcado conectando raacutepidamente las llamadas de moacutevil a moacutevil
A mediados de los 60rsquos el Sistema Bell introdujo el Servicio
Telefoacutenico Moacutevil Mejorado (IMTS por sus siglas en ingleacutes) con
caracteriacutesticas mejoradas Las mejoras en el disentildeo del transmisor y
del receptor permitieron una reduccioacuten en el ancho de banda del
canal de FM de 25-30 KHz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
A finales de los 60rsquos y principios de los 70rsquos comenzoacute el trabajo
con los primeros sistemas de telefoniacutea celular
Las frecuencias no eran reutilizadas en ceacutelulas adyacentes para
evitar la interferencia en estos primeros sistemas celulares
En enero 1969 la Bell System aplicoacute por primera vez el reuso de
frecuencias en un servicio comercial para teleacutefonos puacuteblicos de la
liacutenea del tren de NY a Washington DC Para desarrollar este
sistema se utilizaron 6 canales en la banda de 450 MHz en nueve
zonas a lo largo de una ruta de 380 km
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Mientras que las comunicaciones de voz utilizaron el mismo FM
analoacutegico que se habiacutea estado usando desde la II Guerra Mundial
Dos Mejoras importantes hicieron el concepto celular realidad
A principios de los 70rsquos se inventoacute el microprocesador
aunque los algoritmos complejos de control se implantaban en
loacutegica con cables el microprocesador hizo maacutes faacutecil la vida de
todos
La segunda mejora fue en el uso de un enlace de control
digital entre el teleacutefono moacutevil y la estacioacuten base
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1973 Martin Cooper entonces trabajando para Motorola
presionoacute una tecla obtuvo sentildeal de marcacioacuten e hizo la primera
llamada desde un moacutevil en el mundo Cooper entroacute para la historia
no solo por ser el primer usuario sino tambieacuten por ser considerado
el inventor de este nuevo medio de comunicacioacuten
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El concepto de comunicaciones moacuteviles utilizando una red celular
nacioacute en 1947 en los Bell Laboratories el departamento de pesquisa
de ATampT el uacutenico operador norte-americano a la fecha Por
entonces la idea no era realizable debido a dificultades en la
concesioacuten de espectro de radio por parte de las autoridades Pero a
partir de 1960 los Bell Labs y Motorola empezaron a estudiar el
concepto y intentando ponerlo en praacutectica La carrera al celular fue
vencida por Motorola en el diacutea tres de Abril de 1973 gracias a los
esfuerzos de Cooper que pretendiacutea que las personas fuesen capaces
de transportar y utilizar su teleacutefono en todos los sitios
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El diacutea tres de Abril de 1973 Cooper estaba en la esquina de una
calle en Manhattan camino de una conferencia de prensa en un
hotel cuando decidioacute intentar hacer una llamada personal Cooper
cogioacute su terminal Dyna-Tac presionoacute la tecla para conectar el moacutevil
y el aparato logroacute conectarse a la red fija a traveacutes de la estacioacuten-base
instalada en el tope de un edificio Entonces Cooper marcoacute el
nuacutemero de su rival Joel Engel el responsable del departamento de
pesquisa de Bell Labs No obstante la introduccioacuten del primer
servicio comercial apenas sucedioacute en 1979 en Japoacuten y apenas en
1982 la FCC aproboacute en los Estados Unidos el lanzamiento por parte
de la empresa Ameritech del primer sistema moacutevil comercial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
No fue sino hasta marzo de 1977 cuando la FCC aproboacute que Bell
probara un sistema celular en Chicago
En 1978 en EEUU comenzoacute a operar el Servicio Telefoacutenico
Moacutevil Avanzado o Advanced Mobile Phone Service AMPS
En ese antildeo 10 ceacutelulas cubriacutean 355000 kms cuadrados en el aacuterea
de Chicago operando en las nuevas frecuencias en la banda de 800
MHz
Esta red utilizaba circuitos integrados LS una computadora
dedicada y un sistema de conmutacioacuten lo que proboacute que los
sistemas celulares podiacutean funcionar
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial La seleccioacuten y asignacioacuten de la banda de 800 MHz a la telefoniacutea
celular se basoacute en las limitaciones existentes en las otras bandas
del espectro
No era la banda de frecuencia maacutes idoacutenea pero con la tecnologiacutea
vigente del momento podiacutea desplegarse y ser implementada pero
sin ir maacutes allaacute de la misma Las tecnologiacuteas futuras permitieron
despliegues en bandas superiores
La FCC despueacutes de analizar todas las estrategias de factibilidad
mercado y eficiencias de operacioacuten decidioacute adjudicar en 1980 las
bandas de 800 MHz a dos (2) competidores dividiendo la misma
en bloques y denominaacutendolas Banda ldquoArdquo y Banda ldquoBrdquo
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ATampT desarrolloacute un modelo junto con Motorola conocido como
Dyna-TACS o TACS que significa Total Access Communications
System el cual se puso en marcha en Baltimore y en Washington
DC por la compantildeiacutea Cellular One el 16 de diciembre de 1983
Otro estaacutendar que surgioacute fue el de AURORA-400 en Canadaacute en
febrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel Este sistema
llamado descentralizado opera en los 420 MHz y utilizaba 86
ceacutelulas funcionando mejor en aacutereas rurales por su poca capacidad
pero cobertura amplia
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Eacuteste es el primer teleacutefono celular de la historia el abuelo de los que conocemos en la actualidad Su nombre es
Motorola DynaTAC 8000X y aparecioacute por primera vez en el antildeo de 1983
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En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Sistemas Convencionales
Las limitaciones operacionales de las tecnologiacuteas de telefoniacutea
moacuteviles convencionales dieron el empuje para la aparicioacuten de los
sistemas celulares moacuteviles
Las principales limitaciones eran
Capacidad de servicio limitada
Desempentildeo pobre del servicio
Utilizacioacuten ineficiente del espectro radioeleacutectrico
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Sistemas Convencionales
Capacidad de Servicio Limitada
bull Potencia de transmisioacuten tan grande como la regulacioacuten
gubernamental lo permita
bull Canal de frecuencia asignado a una conversacioacuten
bull Conversaciones simultaacuteneas dependientes de los canales
disponibles en el aacuterea geograacutefica de cobertura
bull Necesidad de reiniciar llamada al pasar de un aacuterea de
cobertura a otra ya que la misma se cae
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Sistemas Convencionales Desempentildeo de servicio pobre
Ejemplo de la ciudad de Nueva York en 1976
33 canales asignados y localizados a tres (3) sistemas de telefoniacutea
moacutevil
(1) Sistema MTS (Mobile Telephone Service) (2) Sistema IMTS
(Improved Mobile Telephone System) (MJ) y (3) IMTS (MK)
MTS En los 40 MHz 11 canales MJ En los 150 MHz 11
canales y MK En los 450 MHz 11 canales Los 33 canales
fueron asignados para cubrir un aacuterea con un diaacutemetro de 80 Kms
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Primeros Sistemas Moviles Caso New York 1976
Desempentildeo de servicio pobre
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Primeros Sistemas Moacuteviles Desempentildeo de servicio pobre
En 1976 MJ teniacutea 6 canales para
servir 320 usuarios con 2400 en
lista de espera MK teniacutea 225
usuarios con 1300 en lista de
espera
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Desempentildeo de servicio pobre Evolucioacuten de la Poblacioacuten Mundial
Ciudad 1980 1990 2000 2010 2015
New York 156 160 171 190 197
Paris 817 915 117 121 123
Tokio 285 325 344 357 362
CMexico 130 153 180 198 206
Sao Paulo 85 95 108 119 123
B Aires 99 111 125 140 145
Venezuela 145 197 243 288 310
Boliacutevar 07 10 13 162 175
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
En las horas pico la probabilidad de bloqueo de llamadas era
inmensa
Aunque la calidad del servicio era indeseable la demanda
continuoacute en aumento lo que implicoacute la necesidad de ofrecer un
sistema con mayor capacidad
Medicioacuten de Utilizacioacuten de Frecuencia ldquoMordquo en los sistemas de
telefoniacutea convencional dado por
Mo = Ndeg de usuarios Canal
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
En el ejemplo de Nueva York en 1976 Mo = 53 usuarioscanal
en MJ y 37 usuarioscanal en el MK
Asumiendo un tiempo de llamada promedio de 176 min y
aplicando el modelo de Erlang-B (sin llamadas perdidas) Se
calcula la probabilidad de bloqueo utilizando seis (6) canales con
cada canal sirviendo a los dos (2) diferentes nuacutemeros de usuarios
especificados antes de MJ y MK
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
Carga ofrecida
A = (Tiempo de Prom Llamadatotal de usuarioscanales) 60
min (erlangs)
A1 = (176 x 53 x 6) 60 = 933 erlangs (sistema MJ)
A2 =(176 x 37 x 6) 60 = 651 erlangs (sistema MK)
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
Seguacuten las tablas del modelo ERLANG-B con los seis (6) canales
asignados y en utilizacioacuten por cada sistema se obtienen
probabilidades de bloqueo
B1 = 50 para el MJ y
B2 =30 para el MK
valores muy altos e inaceptables de desempentildeo para la
confiabilidad de obtencioacuten exitosa de la llamada iniciada
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Para reducir los valores de B el Mo (UsuariosCanal) debe ser lo
maacutes pequentildeo posible En relacioacuten a la utilizacioacuten eficiente del
espectro de frecuencias el sistema convencional era imposible
que pudiera cumplir partiendo que un solo canal de frecuencia
solo podiacutea servir a un usuario a la vez en toda el aacuterea de
cobertura
ldquoNecesidad de Mejora de los Servicios de Telefoniacutea
Moacutevilrdquo
Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Desde el principio de las telecomunicaciones dos han sido las
principales opciones para llevar a cabo una comunicacioacuten con o sin
hilos o lo que es lo mismo por cable o por el aire
En realidad ambas pueden participar en un mismo proceso
comunicativo
En las comunicaciones moacuteviles en las que emisor o receptor
estaacuten en movimiento la movilidad de los extremos de la
comunicacioacuten excluye casi por completo la utilizacioacuten de cables
para alcanzar dichos extremos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Por tanto utiliza baacutesicamente la comunicacioacuten viacutea radio Esta se
convierte en una de las mayores ventajas de la comunicacioacuten viacutea
radio la movilidad de los extremos de la conexioacuten
Otras bondades de las redes inalaacutembricas son el ancho de banda
que proporcionan
El raacutepido despliegue que conllevan al no tener que llevar a cabo
obra civil
Sin embargo el cable es maacutes inmune a amenazas externas como
el ruido o las escuchas no autorizadas y no tiene que competir con
otras fuentes por el espacio radioeleacutectrico
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT introdujo el primer servicio telefoacutenico moacutevil en los Estados
Unidos el 17 de junio de 1946 en San Luis Missouri El sistema
operaba con 6 canales en la banda de 150 MHz con un espacio entre
canales de 60 KHz y una antena muy potente
Este sistema se utilizoacute para interconectar usuarios moacuteviles
(usualmente autos) con la red telefoacutenica puacuteblica permitiendo asiacute
llamadas entre estaciones fijas y usuarios moacuteviles
Un antildeo despueacutes el servicio telefoacutenico moacutevil se ofrecioacute en maacutes de
25 ciudades de los EEUU y unos 44000 usuarios en total aunque
por desgracia habiacutea 22000 maacutes en una lista de espera de cinco antildeos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Estos sistemas telefoacutenicos moacuteviles se basaban en una transmisioacuten
de Frecuencia Modulada (FM)
La mayoriacutea de estos sistemas utilizaban un solo transmisor muy
poderoso para proveer cobertura a maacutes de 80 km desde la base
Los canales telefoacutenicos moacuteviles de FM evolucionaron a 120 KHz
del espectro para transmitir la voz con un ancho de banda de 3KHz
Aunque se esperaban mejoras en la estabilidad del transmisor en la
figura de ruido y en el ancho de banda del receptor
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La demanda para el servicio de telefoniacutea moacutevil crecioacute
raacutepidamente y permanecioacute por detraacutes de la capacidad disponible en
muchas de las ciudades de gran tamantildeo
ldquoEs increiacuteble que a pesar de la gran demanda que se
generoacute fue necesario que pasaran maacutes de 30 antildeos
(1946-1976) para cubrir las necesidades de telefoniacutea
moacutevilrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La capacidad del sistema era menor que el traacutefico que teniacutea que
soportar por ello la calidad del servicio era terrible las
probabilidades de bloqueo eran del 65 o maacutes altas La inutilidad
del teleacutefono moacutevil disminuyoacute la frecuencia de su uso ya que los
usuarios encontraron que era mejor prevenir no hablando en horas
picos
Los usuarios y las compantildeiacuteas telefoacutenicas se dieron cuenta que un
conjunto de canales no seriacutea suficiente para desarrollar un servicio
telefoacutenico moacutevil uacutetil Se necesitariacutean grandes bloques del espectro
para satisfacer la demanda en aacutereas urbanas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1949 la FCC (la FCC es la comisioacuten federal de
comunicaciones que es el organismo que regula las comunicaciones
en los EEUU) dispuso maacutes canales y la mitad se los dio a la
compantildeiacutea Bell System y la otra mitad a compantildeiacuteas independientes
como la RCC(Radio Common Carriers) con la intencioacuten de crear la
competencia y evitar los monopolios
Fue a mediados de los 50 cuando se creoacute el primer equipo para
viajar en auto de menor tamantildeo Esto sucedioacute en Estocolmo en las
oficinas centrales de Ericsson pero no fue sino 10 antildeos despueacutes
cuando los transistores redujeron en peso tamantildeo y potencia para
poder introducirlos al mercado
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1956 la Bell System comenzoacute a dar servicio en los 450 MHz
que era una nueva banda para tener una mayor capacidad
En 1958 la Richmond Radiotelephone Co mejoroacute su sistema de
marcado conectando raacutepidamente las llamadas de moacutevil a moacutevil
A mediados de los 60rsquos el Sistema Bell introdujo el Servicio
Telefoacutenico Moacutevil Mejorado (IMTS por sus siglas en ingleacutes) con
caracteriacutesticas mejoradas Las mejoras en el disentildeo del transmisor y
del receptor permitieron una reduccioacuten en el ancho de banda del
canal de FM de 25-30 KHz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
A finales de los 60rsquos y principios de los 70rsquos comenzoacute el trabajo
con los primeros sistemas de telefoniacutea celular
Las frecuencias no eran reutilizadas en ceacutelulas adyacentes para
evitar la interferencia en estos primeros sistemas celulares
En enero 1969 la Bell System aplicoacute por primera vez el reuso de
frecuencias en un servicio comercial para teleacutefonos puacuteblicos de la
liacutenea del tren de NY a Washington DC Para desarrollar este
sistema se utilizaron 6 canales en la banda de 450 MHz en nueve
zonas a lo largo de una ruta de 380 km
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Mientras que las comunicaciones de voz utilizaron el mismo FM
analoacutegico que se habiacutea estado usando desde la II Guerra Mundial
Dos Mejoras importantes hicieron el concepto celular realidad
A principios de los 70rsquos se inventoacute el microprocesador
aunque los algoritmos complejos de control se implantaban en
loacutegica con cables el microprocesador hizo maacutes faacutecil la vida de
todos
La segunda mejora fue en el uso de un enlace de control
digital entre el teleacutefono moacutevil y la estacioacuten base
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1973 Martin Cooper entonces trabajando para Motorola
presionoacute una tecla obtuvo sentildeal de marcacioacuten e hizo la primera
llamada desde un moacutevil en el mundo Cooper entroacute para la historia
no solo por ser el primer usuario sino tambieacuten por ser considerado
el inventor de este nuevo medio de comunicacioacuten
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El concepto de comunicaciones moacuteviles utilizando una red celular
nacioacute en 1947 en los Bell Laboratories el departamento de pesquisa
de ATampT el uacutenico operador norte-americano a la fecha Por
entonces la idea no era realizable debido a dificultades en la
concesioacuten de espectro de radio por parte de las autoridades Pero a
partir de 1960 los Bell Labs y Motorola empezaron a estudiar el
concepto y intentando ponerlo en praacutectica La carrera al celular fue
vencida por Motorola en el diacutea tres de Abril de 1973 gracias a los
esfuerzos de Cooper que pretendiacutea que las personas fuesen capaces
de transportar y utilizar su teleacutefono en todos los sitios
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El diacutea tres de Abril de 1973 Cooper estaba en la esquina de una
calle en Manhattan camino de una conferencia de prensa en un
hotel cuando decidioacute intentar hacer una llamada personal Cooper
cogioacute su terminal Dyna-Tac presionoacute la tecla para conectar el moacutevil
y el aparato logroacute conectarse a la red fija a traveacutes de la estacioacuten-base
instalada en el tope de un edificio Entonces Cooper marcoacute el
nuacutemero de su rival Joel Engel el responsable del departamento de
pesquisa de Bell Labs No obstante la introduccioacuten del primer
servicio comercial apenas sucedioacute en 1979 en Japoacuten y apenas en
1982 la FCC aproboacute en los Estados Unidos el lanzamiento por parte
de la empresa Ameritech del primer sistema moacutevil comercial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
No fue sino hasta marzo de 1977 cuando la FCC aproboacute que Bell
probara un sistema celular en Chicago
En 1978 en EEUU comenzoacute a operar el Servicio Telefoacutenico
Moacutevil Avanzado o Advanced Mobile Phone Service AMPS
En ese antildeo 10 ceacutelulas cubriacutean 355000 kms cuadrados en el aacuterea
de Chicago operando en las nuevas frecuencias en la banda de 800
MHz
Esta red utilizaba circuitos integrados LS una computadora
dedicada y un sistema de conmutacioacuten lo que proboacute que los
sistemas celulares podiacutean funcionar
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial La seleccioacuten y asignacioacuten de la banda de 800 MHz a la telefoniacutea
celular se basoacute en las limitaciones existentes en las otras bandas
del espectro
No era la banda de frecuencia maacutes idoacutenea pero con la tecnologiacutea
vigente del momento podiacutea desplegarse y ser implementada pero
sin ir maacutes allaacute de la misma Las tecnologiacuteas futuras permitieron
despliegues en bandas superiores
La FCC despueacutes de analizar todas las estrategias de factibilidad
mercado y eficiencias de operacioacuten decidioacute adjudicar en 1980 las
bandas de 800 MHz a dos (2) competidores dividiendo la misma
en bloques y denominaacutendolas Banda ldquoArdquo y Banda ldquoBrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT desarrolloacute un modelo junto con Motorola conocido como
Dyna-TACS o TACS que significa Total Access Communications
System el cual se puso en marcha en Baltimore y en Washington
DC por la compantildeiacutea Cellular One el 16 de diciembre de 1983
Otro estaacutendar que surgioacute fue el de AURORA-400 en Canadaacute en
febrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel Este sistema
llamado descentralizado opera en los 420 MHz y utilizaba 86
ceacutelulas funcionando mejor en aacutereas rurales por su poca capacidad
pero cobertura amplia
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Eacuteste es el primer teleacutefono celular de la historia el abuelo de los que conocemos en la actualidad Su nombre es
Motorola DynaTAC 8000X y aparecioacute por primera vez en el antildeo de 1983
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Sistemas Convencionales
Capacidad de Servicio Limitada
bull Potencia de transmisioacuten tan grande como la regulacioacuten
gubernamental lo permita
bull Canal de frecuencia asignado a una conversacioacuten
bull Conversaciones simultaacuteneas dependientes de los canales
disponibles en el aacuterea geograacutefica de cobertura
bull Necesidad de reiniciar llamada al pasar de un aacuterea de
cobertura a otra ya que la misma se cae
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Sistemas Convencionales Desempentildeo de servicio pobre
Ejemplo de la ciudad de Nueva York en 1976
33 canales asignados y localizados a tres (3) sistemas de telefoniacutea
moacutevil
(1) Sistema MTS (Mobile Telephone Service) (2) Sistema IMTS
(Improved Mobile Telephone System) (MJ) y (3) IMTS (MK)
MTS En los 40 MHz 11 canales MJ En los 150 MHz 11
canales y MK En los 450 MHz 11 canales Los 33 canales
fueron asignados para cubrir un aacuterea con un diaacutemetro de 80 Kms
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Primeros Sistemas Moviles Caso New York 1976
Desempentildeo de servicio pobre
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Primeros Sistemas Moacuteviles Desempentildeo de servicio pobre
En 1976 MJ teniacutea 6 canales para
servir 320 usuarios con 2400 en
lista de espera MK teniacutea 225
usuarios con 1300 en lista de
espera
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Desempentildeo de servicio pobre Evolucioacuten de la Poblacioacuten Mundial
Ciudad 1980 1990 2000 2010 2015
New York 156 160 171 190 197
Paris 817 915 117 121 123
Tokio 285 325 344 357 362
CMexico 130 153 180 198 206
Sao Paulo 85 95 108 119 123
B Aires 99 111 125 140 145
Venezuela 145 197 243 288 310
Boliacutevar 07 10 13 162 175
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
En las horas pico la probabilidad de bloqueo de llamadas era
inmensa
Aunque la calidad del servicio era indeseable la demanda
continuoacute en aumento lo que implicoacute la necesidad de ofrecer un
sistema con mayor capacidad
Medicioacuten de Utilizacioacuten de Frecuencia ldquoMordquo en los sistemas de
telefoniacutea convencional dado por
Mo = Ndeg de usuarios Canal
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
En el ejemplo de Nueva York en 1976 Mo = 53 usuarioscanal
en MJ y 37 usuarioscanal en el MK
Asumiendo un tiempo de llamada promedio de 176 min y
aplicando el modelo de Erlang-B (sin llamadas perdidas) Se
calcula la probabilidad de bloqueo utilizando seis (6) canales con
cada canal sirviendo a los dos (2) diferentes nuacutemeros de usuarios
especificados antes de MJ y MK
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
Carga ofrecida
A = (Tiempo de Prom Llamadatotal de usuarioscanales) 60
min (erlangs)
A1 = (176 x 53 x 6) 60 = 933 erlangs (sistema MJ)
A2 =(176 x 37 x 6) 60 = 651 erlangs (sistema MK)
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
Seguacuten las tablas del modelo ERLANG-B con los seis (6) canales
asignados y en utilizacioacuten por cada sistema se obtienen
probabilidades de bloqueo
B1 = 50 para el MJ y
B2 =30 para el MK
valores muy altos e inaceptables de desempentildeo para la
confiabilidad de obtencioacuten exitosa de la llamada iniciada
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Para reducir los valores de B el Mo (UsuariosCanal) debe ser lo
maacutes pequentildeo posible En relacioacuten a la utilizacioacuten eficiente del
espectro de frecuencias el sistema convencional era imposible
que pudiera cumplir partiendo que un solo canal de frecuencia
solo podiacutea servir a un usuario a la vez en toda el aacuterea de
cobertura
ldquoNecesidad de Mejora de los Servicios de Telefoniacutea
Moacutevilrdquo
Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Desde el principio de las telecomunicaciones dos han sido las
principales opciones para llevar a cabo una comunicacioacuten con o sin
hilos o lo que es lo mismo por cable o por el aire
En realidad ambas pueden participar en un mismo proceso
comunicativo
En las comunicaciones moacuteviles en las que emisor o receptor
estaacuten en movimiento la movilidad de los extremos de la
comunicacioacuten excluye casi por completo la utilizacioacuten de cables
para alcanzar dichos extremos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Por tanto utiliza baacutesicamente la comunicacioacuten viacutea radio Esta se
convierte en una de las mayores ventajas de la comunicacioacuten viacutea
radio la movilidad de los extremos de la conexioacuten
Otras bondades de las redes inalaacutembricas son el ancho de banda
que proporcionan
El raacutepido despliegue que conllevan al no tener que llevar a cabo
obra civil
Sin embargo el cable es maacutes inmune a amenazas externas como
el ruido o las escuchas no autorizadas y no tiene que competir con
otras fuentes por el espacio radioeleacutectrico
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT introdujo el primer servicio telefoacutenico moacutevil en los Estados
Unidos el 17 de junio de 1946 en San Luis Missouri El sistema
operaba con 6 canales en la banda de 150 MHz con un espacio entre
canales de 60 KHz y una antena muy potente
Este sistema se utilizoacute para interconectar usuarios moacuteviles
(usualmente autos) con la red telefoacutenica puacuteblica permitiendo asiacute
llamadas entre estaciones fijas y usuarios moacuteviles
Un antildeo despueacutes el servicio telefoacutenico moacutevil se ofrecioacute en maacutes de
25 ciudades de los EEUU y unos 44000 usuarios en total aunque
por desgracia habiacutea 22000 maacutes en una lista de espera de cinco antildeos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Estos sistemas telefoacutenicos moacuteviles se basaban en una transmisioacuten
de Frecuencia Modulada (FM)
La mayoriacutea de estos sistemas utilizaban un solo transmisor muy
poderoso para proveer cobertura a maacutes de 80 km desde la base
Los canales telefoacutenicos moacuteviles de FM evolucionaron a 120 KHz
del espectro para transmitir la voz con un ancho de banda de 3KHz
Aunque se esperaban mejoras en la estabilidad del transmisor en la
figura de ruido y en el ancho de banda del receptor
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La demanda para el servicio de telefoniacutea moacutevil crecioacute
raacutepidamente y permanecioacute por detraacutes de la capacidad disponible en
muchas de las ciudades de gran tamantildeo
ldquoEs increiacuteble que a pesar de la gran demanda que se
generoacute fue necesario que pasaran maacutes de 30 antildeos
(1946-1976) para cubrir las necesidades de telefoniacutea
moacutevilrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La capacidad del sistema era menor que el traacutefico que teniacutea que
soportar por ello la calidad del servicio era terrible las
probabilidades de bloqueo eran del 65 o maacutes altas La inutilidad
del teleacutefono moacutevil disminuyoacute la frecuencia de su uso ya que los
usuarios encontraron que era mejor prevenir no hablando en horas
picos
Los usuarios y las compantildeiacuteas telefoacutenicas se dieron cuenta que un
conjunto de canales no seriacutea suficiente para desarrollar un servicio
telefoacutenico moacutevil uacutetil Se necesitariacutean grandes bloques del espectro
para satisfacer la demanda en aacutereas urbanas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1949 la FCC (la FCC es la comisioacuten federal de
comunicaciones que es el organismo que regula las comunicaciones
en los EEUU) dispuso maacutes canales y la mitad se los dio a la
compantildeiacutea Bell System y la otra mitad a compantildeiacuteas independientes
como la RCC(Radio Common Carriers) con la intencioacuten de crear la
competencia y evitar los monopolios
Fue a mediados de los 50 cuando se creoacute el primer equipo para
viajar en auto de menor tamantildeo Esto sucedioacute en Estocolmo en las
oficinas centrales de Ericsson pero no fue sino 10 antildeos despueacutes
cuando los transistores redujeron en peso tamantildeo y potencia para
poder introducirlos al mercado
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1956 la Bell System comenzoacute a dar servicio en los 450 MHz
que era una nueva banda para tener una mayor capacidad
En 1958 la Richmond Radiotelephone Co mejoroacute su sistema de
marcado conectando raacutepidamente las llamadas de moacutevil a moacutevil
A mediados de los 60rsquos el Sistema Bell introdujo el Servicio
Telefoacutenico Moacutevil Mejorado (IMTS por sus siglas en ingleacutes) con
caracteriacutesticas mejoradas Las mejoras en el disentildeo del transmisor y
del receptor permitieron una reduccioacuten en el ancho de banda del
canal de FM de 25-30 KHz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
A finales de los 60rsquos y principios de los 70rsquos comenzoacute el trabajo
con los primeros sistemas de telefoniacutea celular
Las frecuencias no eran reutilizadas en ceacutelulas adyacentes para
evitar la interferencia en estos primeros sistemas celulares
En enero 1969 la Bell System aplicoacute por primera vez el reuso de
frecuencias en un servicio comercial para teleacutefonos puacuteblicos de la
liacutenea del tren de NY a Washington DC Para desarrollar este
sistema se utilizaron 6 canales en la banda de 450 MHz en nueve
zonas a lo largo de una ruta de 380 km
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Mientras que las comunicaciones de voz utilizaron el mismo FM
analoacutegico que se habiacutea estado usando desde la II Guerra Mundial
Dos Mejoras importantes hicieron el concepto celular realidad
A principios de los 70rsquos se inventoacute el microprocesador
aunque los algoritmos complejos de control se implantaban en
loacutegica con cables el microprocesador hizo maacutes faacutecil la vida de
todos
La segunda mejora fue en el uso de un enlace de control
digital entre el teleacutefono moacutevil y la estacioacuten base
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1973 Martin Cooper entonces trabajando para Motorola
presionoacute una tecla obtuvo sentildeal de marcacioacuten e hizo la primera
llamada desde un moacutevil en el mundo Cooper entroacute para la historia
no solo por ser el primer usuario sino tambieacuten por ser considerado
el inventor de este nuevo medio de comunicacioacuten
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El concepto de comunicaciones moacuteviles utilizando una red celular
nacioacute en 1947 en los Bell Laboratories el departamento de pesquisa
de ATampT el uacutenico operador norte-americano a la fecha Por
entonces la idea no era realizable debido a dificultades en la
concesioacuten de espectro de radio por parte de las autoridades Pero a
partir de 1960 los Bell Labs y Motorola empezaron a estudiar el
concepto y intentando ponerlo en praacutectica La carrera al celular fue
vencida por Motorola en el diacutea tres de Abril de 1973 gracias a los
esfuerzos de Cooper que pretendiacutea que las personas fuesen capaces
de transportar y utilizar su teleacutefono en todos los sitios
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El diacutea tres de Abril de 1973 Cooper estaba en la esquina de una
calle en Manhattan camino de una conferencia de prensa en un
hotel cuando decidioacute intentar hacer una llamada personal Cooper
cogioacute su terminal Dyna-Tac presionoacute la tecla para conectar el moacutevil
y el aparato logroacute conectarse a la red fija a traveacutes de la estacioacuten-base
instalada en el tope de un edificio Entonces Cooper marcoacute el
nuacutemero de su rival Joel Engel el responsable del departamento de
pesquisa de Bell Labs No obstante la introduccioacuten del primer
servicio comercial apenas sucedioacute en 1979 en Japoacuten y apenas en
1982 la FCC aproboacute en los Estados Unidos el lanzamiento por parte
de la empresa Ameritech del primer sistema moacutevil comercial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
No fue sino hasta marzo de 1977 cuando la FCC aproboacute que Bell
probara un sistema celular en Chicago
En 1978 en EEUU comenzoacute a operar el Servicio Telefoacutenico
Moacutevil Avanzado o Advanced Mobile Phone Service AMPS
En ese antildeo 10 ceacutelulas cubriacutean 355000 kms cuadrados en el aacuterea
de Chicago operando en las nuevas frecuencias en la banda de 800
MHz
Esta red utilizaba circuitos integrados LS una computadora
dedicada y un sistema de conmutacioacuten lo que proboacute que los
sistemas celulares podiacutean funcionar
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial La seleccioacuten y asignacioacuten de la banda de 800 MHz a la telefoniacutea
celular se basoacute en las limitaciones existentes en las otras bandas
del espectro
No era la banda de frecuencia maacutes idoacutenea pero con la tecnologiacutea
vigente del momento podiacutea desplegarse y ser implementada pero
sin ir maacutes allaacute de la misma Las tecnologiacuteas futuras permitieron
despliegues en bandas superiores
La FCC despueacutes de analizar todas las estrategias de factibilidad
mercado y eficiencias de operacioacuten decidioacute adjudicar en 1980 las
bandas de 800 MHz a dos (2) competidores dividiendo la misma
en bloques y denominaacutendolas Banda ldquoArdquo y Banda ldquoBrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT desarrolloacute un modelo junto con Motorola conocido como
Dyna-TACS o TACS que significa Total Access Communications
System el cual se puso en marcha en Baltimore y en Washington
DC por la compantildeiacutea Cellular One el 16 de diciembre de 1983
Otro estaacutendar que surgioacute fue el de AURORA-400 en Canadaacute en
febrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel Este sistema
llamado descentralizado opera en los 420 MHz y utilizaba 86
ceacutelulas funcionando mejor en aacutereas rurales por su poca capacidad
pero cobertura amplia
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Eacuteste es el primer teleacutefono celular de la historia el abuelo de los que conocemos en la actualidad Su nombre es
Motorola DynaTAC 8000X y aparecioacute por primera vez en el antildeo de 1983
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Sistemas Convencionales Desempentildeo de servicio pobre
Ejemplo de la ciudad de Nueva York en 1976
33 canales asignados y localizados a tres (3) sistemas de telefoniacutea
moacutevil
(1) Sistema MTS (Mobile Telephone Service) (2) Sistema IMTS
(Improved Mobile Telephone System) (MJ) y (3) IMTS (MK)
MTS En los 40 MHz 11 canales MJ En los 150 MHz 11
canales y MK En los 450 MHz 11 canales Los 33 canales
fueron asignados para cubrir un aacuterea con un diaacutemetro de 80 Kms
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Primeros Sistemas Moviles Caso New York 1976
Desempentildeo de servicio pobre
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Primeros Sistemas Moacuteviles Desempentildeo de servicio pobre
En 1976 MJ teniacutea 6 canales para
servir 320 usuarios con 2400 en
lista de espera MK teniacutea 225
usuarios con 1300 en lista de
espera
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Desempentildeo de servicio pobre Evolucioacuten de la Poblacioacuten Mundial
Ciudad 1980 1990 2000 2010 2015
New York 156 160 171 190 197
Paris 817 915 117 121 123
Tokio 285 325 344 357 362
CMexico 130 153 180 198 206
Sao Paulo 85 95 108 119 123
B Aires 99 111 125 140 145
Venezuela 145 197 243 288 310
Boliacutevar 07 10 13 162 175
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
En las horas pico la probabilidad de bloqueo de llamadas era
inmensa
Aunque la calidad del servicio era indeseable la demanda
continuoacute en aumento lo que implicoacute la necesidad de ofrecer un
sistema con mayor capacidad
Medicioacuten de Utilizacioacuten de Frecuencia ldquoMordquo en los sistemas de
telefoniacutea convencional dado por
Mo = Ndeg de usuarios Canal
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
En el ejemplo de Nueva York en 1976 Mo = 53 usuarioscanal
en MJ y 37 usuarioscanal en el MK
Asumiendo un tiempo de llamada promedio de 176 min y
aplicando el modelo de Erlang-B (sin llamadas perdidas) Se
calcula la probabilidad de bloqueo utilizando seis (6) canales con
cada canal sirviendo a los dos (2) diferentes nuacutemeros de usuarios
especificados antes de MJ y MK
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
Carga ofrecida
A = (Tiempo de Prom Llamadatotal de usuarioscanales) 60
min (erlangs)
A1 = (176 x 53 x 6) 60 = 933 erlangs (sistema MJ)
A2 =(176 x 37 x 6) 60 = 651 erlangs (sistema MK)
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
Seguacuten las tablas del modelo ERLANG-B con los seis (6) canales
asignados y en utilizacioacuten por cada sistema se obtienen
probabilidades de bloqueo
B1 = 50 para el MJ y
B2 =30 para el MK
valores muy altos e inaceptables de desempentildeo para la
confiabilidad de obtencioacuten exitosa de la llamada iniciada
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Para reducir los valores de B el Mo (UsuariosCanal) debe ser lo
maacutes pequentildeo posible En relacioacuten a la utilizacioacuten eficiente del
espectro de frecuencias el sistema convencional era imposible
que pudiera cumplir partiendo que un solo canal de frecuencia
solo podiacutea servir a un usuario a la vez en toda el aacuterea de
cobertura
ldquoNecesidad de Mejora de los Servicios de Telefoniacutea
Moacutevilrdquo
Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Desde el principio de las telecomunicaciones dos han sido las
principales opciones para llevar a cabo una comunicacioacuten con o sin
hilos o lo que es lo mismo por cable o por el aire
En realidad ambas pueden participar en un mismo proceso
comunicativo
En las comunicaciones moacuteviles en las que emisor o receptor
estaacuten en movimiento la movilidad de los extremos de la
comunicacioacuten excluye casi por completo la utilizacioacuten de cables
para alcanzar dichos extremos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Por tanto utiliza baacutesicamente la comunicacioacuten viacutea radio Esta se
convierte en una de las mayores ventajas de la comunicacioacuten viacutea
radio la movilidad de los extremos de la conexioacuten
Otras bondades de las redes inalaacutembricas son el ancho de banda
que proporcionan
El raacutepido despliegue que conllevan al no tener que llevar a cabo
obra civil
Sin embargo el cable es maacutes inmune a amenazas externas como
el ruido o las escuchas no autorizadas y no tiene que competir con
otras fuentes por el espacio radioeleacutectrico
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT introdujo el primer servicio telefoacutenico moacutevil en los Estados
Unidos el 17 de junio de 1946 en San Luis Missouri El sistema
operaba con 6 canales en la banda de 150 MHz con un espacio entre
canales de 60 KHz y una antena muy potente
Este sistema se utilizoacute para interconectar usuarios moacuteviles
(usualmente autos) con la red telefoacutenica puacuteblica permitiendo asiacute
llamadas entre estaciones fijas y usuarios moacuteviles
Un antildeo despueacutes el servicio telefoacutenico moacutevil se ofrecioacute en maacutes de
25 ciudades de los EEUU y unos 44000 usuarios en total aunque
por desgracia habiacutea 22000 maacutes en una lista de espera de cinco antildeos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Estos sistemas telefoacutenicos moacuteviles se basaban en una transmisioacuten
de Frecuencia Modulada (FM)
La mayoriacutea de estos sistemas utilizaban un solo transmisor muy
poderoso para proveer cobertura a maacutes de 80 km desde la base
Los canales telefoacutenicos moacuteviles de FM evolucionaron a 120 KHz
del espectro para transmitir la voz con un ancho de banda de 3KHz
Aunque se esperaban mejoras en la estabilidad del transmisor en la
figura de ruido y en el ancho de banda del receptor
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La demanda para el servicio de telefoniacutea moacutevil crecioacute
raacutepidamente y permanecioacute por detraacutes de la capacidad disponible en
muchas de las ciudades de gran tamantildeo
ldquoEs increiacuteble que a pesar de la gran demanda que se
generoacute fue necesario que pasaran maacutes de 30 antildeos
(1946-1976) para cubrir las necesidades de telefoniacutea
moacutevilrdquo
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La capacidad del sistema era menor que el traacutefico que teniacutea que
soportar por ello la calidad del servicio era terrible las
probabilidades de bloqueo eran del 65 o maacutes altas La inutilidad
del teleacutefono moacutevil disminuyoacute la frecuencia de su uso ya que los
usuarios encontraron que era mejor prevenir no hablando en horas
picos
Los usuarios y las compantildeiacuteas telefoacutenicas se dieron cuenta que un
conjunto de canales no seriacutea suficiente para desarrollar un servicio
telefoacutenico moacutevil uacutetil Se necesitariacutean grandes bloques del espectro
para satisfacer la demanda en aacutereas urbanas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1949 la FCC (la FCC es la comisioacuten federal de
comunicaciones que es el organismo que regula las comunicaciones
en los EEUU) dispuso maacutes canales y la mitad se los dio a la
compantildeiacutea Bell System y la otra mitad a compantildeiacuteas independientes
como la RCC(Radio Common Carriers) con la intencioacuten de crear la
competencia y evitar los monopolios
Fue a mediados de los 50 cuando se creoacute el primer equipo para
viajar en auto de menor tamantildeo Esto sucedioacute en Estocolmo en las
oficinas centrales de Ericsson pero no fue sino 10 antildeos despueacutes
cuando los transistores redujeron en peso tamantildeo y potencia para
poder introducirlos al mercado
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1956 la Bell System comenzoacute a dar servicio en los 450 MHz
que era una nueva banda para tener una mayor capacidad
En 1958 la Richmond Radiotelephone Co mejoroacute su sistema de
marcado conectando raacutepidamente las llamadas de moacutevil a moacutevil
A mediados de los 60rsquos el Sistema Bell introdujo el Servicio
Telefoacutenico Moacutevil Mejorado (IMTS por sus siglas en ingleacutes) con
caracteriacutesticas mejoradas Las mejoras en el disentildeo del transmisor y
del receptor permitieron una reduccioacuten en el ancho de banda del
canal de FM de 25-30 KHz
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A finales de los 60rsquos y principios de los 70rsquos comenzoacute el trabajo
con los primeros sistemas de telefoniacutea celular
Las frecuencias no eran reutilizadas en ceacutelulas adyacentes para
evitar la interferencia en estos primeros sistemas celulares
En enero 1969 la Bell System aplicoacute por primera vez el reuso de
frecuencias en un servicio comercial para teleacutefonos puacuteblicos de la
liacutenea del tren de NY a Washington DC Para desarrollar este
sistema se utilizaron 6 canales en la banda de 450 MHz en nueve
zonas a lo largo de una ruta de 380 km
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Mientras que las comunicaciones de voz utilizaron el mismo FM
analoacutegico que se habiacutea estado usando desde la II Guerra Mundial
Dos Mejoras importantes hicieron el concepto celular realidad
A principios de los 70rsquos se inventoacute el microprocesador
aunque los algoritmos complejos de control se implantaban en
loacutegica con cables el microprocesador hizo maacutes faacutecil la vida de
todos
La segunda mejora fue en el uso de un enlace de control
digital entre el teleacutefono moacutevil y la estacioacuten base
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1973 Martin Cooper entonces trabajando para Motorola
presionoacute una tecla obtuvo sentildeal de marcacioacuten e hizo la primera
llamada desde un moacutevil en el mundo Cooper entroacute para la historia
no solo por ser el primer usuario sino tambieacuten por ser considerado
el inventor de este nuevo medio de comunicacioacuten
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El concepto de comunicaciones moacuteviles utilizando una red celular
nacioacute en 1947 en los Bell Laboratories el departamento de pesquisa
de ATampT el uacutenico operador norte-americano a la fecha Por
entonces la idea no era realizable debido a dificultades en la
concesioacuten de espectro de radio por parte de las autoridades Pero a
partir de 1960 los Bell Labs y Motorola empezaron a estudiar el
concepto y intentando ponerlo en praacutectica La carrera al celular fue
vencida por Motorola en el diacutea tres de Abril de 1973 gracias a los
esfuerzos de Cooper que pretendiacutea que las personas fuesen capaces
de transportar y utilizar su teleacutefono en todos los sitios
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El diacutea tres de Abril de 1973 Cooper estaba en la esquina de una
calle en Manhattan camino de una conferencia de prensa en un
hotel cuando decidioacute intentar hacer una llamada personal Cooper
cogioacute su terminal Dyna-Tac presionoacute la tecla para conectar el moacutevil
y el aparato logroacute conectarse a la red fija a traveacutes de la estacioacuten-base
instalada en el tope de un edificio Entonces Cooper marcoacute el
nuacutemero de su rival Joel Engel el responsable del departamento de
pesquisa de Bell Labs No obstante la introduccioacuten del primer
servicio comercial apenas sucedioacute en 1979 en Japoacuten y apenas en
1982 la FCC aproboacute en los Estados Unidos el lanzamiento por parte
de la empresa Ameritech del primer sistema moacutevil comercial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
No fue sino hasta marzo de 1977 cuando la FCC aproboacute que Bell
probara un sistema celular en Chicago
En 1978 en EEUU comenzoacute a operar el Servicio Telefoacutenico
Moacutevil Avanzado o Advanced Mobile Phone Service AMPS
En ese antildeo 10 ceacutelulas cubriacutean 355000 kms cuadrados en el aacuterea
de Chicago operando en las nuevas frecuencias en la banda de 800
MHz
Esta red utilizaba circuitos integrados LS una computadora
dedicada y un sistema de conmutacioacuten lo que proboacute que los
sistemas celulares podiacutean funcionar
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial La seleccioacuten y asignacioacuten de la banda de 800 MHz a la telefoniacutea
celular se basoacute en las limitaciones existentes en las otras bandas
del espectro
No era la banda de frecuencia maacutes idoacutenea pero con la tecnologiacutea
vigente del momento podiacutea desplegarse y ser implementada pero
sin ir maacutes allaacute de la misma Las tecnologiacuteas futuras permitieron
despliegues en bandas superiores
La FCC despueacutes de analizar todas las estrategias de factibilidad
mercado y eficiencias de operacioacuten decidioacute adjudicar en 1980 las
bandas de 800 MHz a dos (2) competidores dividiendo la misma
en bloques y denominaacutendolas Banda ldquoArdquo y Banda ldquoBrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT desarrolloacute un modelo junto con Motorola conocido como
Dyna-TACS o TACS que significa Total Access Communications
System el cual se puso en marcha en Baltimore y en Washington
DC por la compantildeiacutea Cellular One el 16 de diciembre de 1983
Otro estaacutendar que surgioacute fue el de AURORA-400 en Canadaacute en
febrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel Este sistema
llamado descentralizado opera en los 420 MHz y utilizaba 86
ceacutelulas funcionando mejor en aacutereas rurales por su poca capacidad
pero cobertura amplia
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Eacuteste es el primer teleacutefono celular de la historia el abuelo de los que conocemos en la actualidad Su nombre es
Motorola DynaTAC 8000X y aparecioacute por primera vez en el antildeo de 1983
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Primeros Sistemas Moviles Caso New York 1976
Desempentildeo de servicio pobre
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Primeros Sistemas Moacuteviles Desempentildeo de servicio pobre
En 1976 MJ teniacutea 6 canales para
servir 320 usuarios con 2400 en
lista de espera MK teniacutea 225
usuarios con 1300 en lista de
espera
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Desempentildeo de servicio pobre Evolucioacuten de la Poblacioacuten Mundial
Ciudad 1980 1990 2000 2010 2015
New York 156 160 171 190 197
Paris 817 915 117 121 123
Tokio 285 325 344 357 362
CMexico 130 153 180 198 206
Sao Paulo 85 95 108 119 123
B Aires 99 111 125 140 145
Venezuela 145 197 243 288 310
Boliacutevar 07 10 13 162 175
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
En las horas pico la probabilidad de bloqueo de llamadas era
inmensa
Aunque la calidad del servicio era indeseable la demanda
continuoacute en aumento lo que implicoacute la necesidad de ofrecer un
sistema con mayor capacidad
Medicioacuten de Utilizacioacuten de Frecuencia ldquoMordquo en los sistemas de
telefoniacutea convencional dado por
Mo = Ndeg de usuarios Canal
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
En el ejemplo de Nueva York en 1976 Mo = 53 usuarioscanal
en MJ y 37 usuarioscanal en el MK
Asumiendo un tiempo de llamada promedio de 176 min y
aplicando el modelo de Erlang-B (sin llamadas perdidas) Se
calcula la probabilidad de bloqueo utilizando seis (6) canales con
cada canal sirviendo a los dos (2) diferentes nuacutemeros de usuarios
especificados antes de MJ y MK
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
Carga ofrecida
A = (Tiempo de Prom Llamadatotal de usuarioscanales) 60
min (erlangs)
A1 = (176 x 53 x 6) 60 = 933 erlangs (sistema MJ)
A2 =(176 x 37 x 6) 60 = 651 erlangs (sistema MK)
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
Seguacuten las tablas del modelo ERLANG-B con los seis (6) canales
asignados y en utilizacioacuten por cada sistema se obtienen
probabilidades de bloqueo
B1 = 50 para el MJ y
B2 =30 para el MK
valores muy altos e inaceptables de desempentildeo para la
confiabilidad de obtencioacuten exitosa de la llamada iniciada
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Para reducir los valores de B el Mo (UsuariosCanal) debe ser lo
maacutes pequentildeo posible En relacioacuten a la utilizacioacuten eficiente del
espectro de frecuencias el sistema convencional era imposible
que pudiera cumplir partiendo que un solo canal de frecuencia
solo podiacutea servir a un usuario a la vez en toda el aacuterea de
cobertura
ldquoNecesidad de Mejora de los Servicios de Telefoniacutea
Moacutevilrdquo
Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Desde el principio de las telecomunicaciones dos han sido las
principales opciones para llevar a cabo una comunicacioacuten con o sin
hilos o lo que es lo mismo por cable o por el aire
En realidad ambas pueden participar en un mismo proceso
comunicativo
En las comunicaciones moacuteviles en las que emisor o receptor
estaacuten en movimiento la movilidad de los extremos de la
comunicacioacuten excluye casi por completo la utilizacioacuten de cables
para alcanzar dichos extremos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Por tanto utiliza baacutesicamente la comunicacioacuten viacutea radio Esta se
convierte en una de las mayores ventajas de la comunicacioacuten viacutea
radio la movilidad de los extremos de la conexioacuten
Otras bondades de las redes inalaacutembricas son el ancho de banda
que proporcionan
El raacutepido despliegue que conllevan al no tener que llevar a cabo
obra civil
Sin embargo el cable es maacutes inmune a amenazas externas como
el ruido o las escuchas no autorizadas y no tiene que competir con
otras fuentes por el espacio radioeleacutectrico
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT introdujo el primer servicio telefoacutenico moacutevil en los Estados
Unidos el 17 de junio de 1946 en San Luis Missouri El sistema
operaba con 6 canales en la banda de 150 MHz con un espacio entre
canales de 60 KHz y una antena muy potente
Este sistema se utilizoacute para interconectar usuarios moacuteviles
(usualmente autos) con la red telefoacutenica puacuteblica permitiendo asiacute
llamadas entre estaciones fijas y usuarios moacuteviles
Un antildeo despueacutes el servicio telefoacutenico moacutevil se ofrecioacute en maacutes de
25 ciudades de los EEUU y unos 44000 usuarios en total aunque
por desgracia habiacutea 22000 maacutes en una lista de espera de cinco antildeos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Estos sistemas telefoacutenicos moacuteviles se basaban en una transmisioacuten
de Frecuencia Modulada (FM)
La mayoriacutea de estos sistemas utilizaban un solo transmisor muy
poderoso para proveer cobertura a maacutes de 80 km desde la base
Los canales telefoacutenicos moacuteviles de FM evolucionaron a 120 KHz
del espectro para transmitir la voz con un ancho de banda de 3KHz
Aunque se esperaban mejoras en la estabilidad del transmisor en la
figura de ruido y en el ancho de banda del receptor
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La demanda para el servicio de telefoniacutea moacutevil crecioacute
raacutepidamente y permanecioacute por detraacutes de la capacidad disponible en
muchas de las ciudades de gran tamantildeo
ldquoEs increiacuteble que a pesar de la gran demanda que se
generoacute fue necesario que pasaran maacutes de 30 antildeos
(1946-1976) para cubrir las necesidades de telefoniacutea
moacutevilrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La capacidad del sistema era menor que el traacutefico que teniacutea que
soportar por ello la calidad del servicio era terrible las
probabilidades de bloqueo eran del 65 o maacutes altas La inutilidad
del teleacutefono moacutevil disminuyoacute la frecuencia de su uso ya que los
usuarios encontraron que era mejor prevenir no hablando en horas
picos
Los usuarios y las compantildeiacuteas telefoacutenicas se dieron cuenta que un
conjunto de canales no seriacutea suficiente para desarrollar un servicio
telefoacutenico moacutevil uacutetil Se necesitariacutean grandes bloques del espectro
para satisfacer la demanda en aacutereas urbanas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1949 la FCC (la FCC es la comisioacuten federal de
comunicaciones que es el organismo que regula las comunicaciones
en los EEUU) dispuso maacutes canales y la mitad se los dio a la
compantildeiacutea Bell System y la otra mitad a compantildeiacuteas independientes
como la RCC(Radio Common Carriers) con la intencioacuten de crear la
competencia y evitar los monopolios
Fue a mediados de los 50 cuando se creoacute el primer equipo para
viajar en auto de menor tamantildeo Esto sucedioacute en Estocolmo en las
oficinas centrales de Ericsson pero no fue sino 10 antildeos despueacutes
cuando los transistores redujeron en peso tamantildeo y potencia para
poder introducirlos al mercado
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1956 la Bell System comenzoacute a dar servicio en los 450 MHz
que era una nueva banda para tener una mayor capacidad
En 1958 la Richmond Radiotelephone Co mejoroacute su sistema de
marcado conectando raacutepidamente las llamadas de moacutevil a moacutevil
A mediados de los 60rsquos el Sistema Bell introdujo el Servicio
Telefoacutenico Moacutevil Mejorado (IMTS por sus siglas en ingleacutes) con
caracteriacutesticas mejoradas Las mejoras en el disentildeo del transmisor y
del receptor permitieron una reduccioacuten en el ancho de banda del
canal de FM de 25-30 KHz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
A finales de los 60rsquos y principios de los 70rsquos comenzoacute el trabajo
con los primeros sistemas de telefoniacutea celular
Las frecuencias no eran reutilizadas en ceacutelulas adyacentes para
evitar la interferencia en estos primeros sistemas celulares
En enero 1969 la Bell System aplicoacute por primera vez el reuso de
frecuencias en un servicio comercial para teleacutefonos puacuteblicos de la
liacutenea del tren de NY a Washington DC Para desarrollar este
sistema se utilizaron 6 canales en la banda de 450 MHz en nueve
zonas a lo largo de una ruta de 380 km
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Mientras que las comunicaciones de voz utilizaron el mismo FM
analoacutegico que se habiacutea estado usando desde la II Guerra Mundial
Dos Mejoras importantes hicieron el concepto celular realidad
A principios de los 70rsquos se inventoacute el microprocesador
aunque los algoritmos complejos de control se implantaban en
loacutegica con cables el microprocesador hizo maacutes faacutecil la vida de
todos
La segunda mejora fue en el uso de un enlace de control
digital entre el teleacutefono moacutevil y la estacioacuten base
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1973 Martin Cooper entonces trabajando para Motorola
presionoacute una tecla obtuvo sentildeal de marcacioacuten e hizo la primera
llamada desde un moacutevil en el mundo Cooper entroacute para la historia
no solo por ser el primer usuario sino tambieacuten por ser considerado
el inventor de este nuevo medio de comunicacioacuten
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El concepto de comunicaciones moacuteviles utilizando una red celular
nacioacute en 1947 en los Bell Laboratories el departamento de pesquisa
de ATampT el uacutenico operador norte-americano a la fecha Por
entonces la idea no era realizable debido a dificultades en la
concesioacuten de espectro de radio por parte de las autoridades Pero a
partir de 1960 los Bell Labs y Motorola empezaron a estudiar el
concepto y intentando ponerlo en praacutectica La carrera al celular fue
vencida por Motorola en el diacutea tres de Abril de 1973 gracias a los
esfuerzos de Cooper que pretendiacutea que las personas fuesen capaces
de transportar y utilizar su teleacutefono en todos los sitios
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El diacutea tres de Abril de 1973 Cooper estaba en la esquina de una
calle en Manhattan camino de una conferencia de prensa en un
hotel cuando decidioacute intentar hacer una llamada personal Cooper
cogioacute su terminal Dyna-Tac presionoacute la tecla para conectar el moacutevil
y el aparato logroacute conectarse a la red fija a traveacutes de la estacioacuten-base
instalada en el tope de un edificio Entonces Cooper marcoacute el
nuacutemero de su rival Joel Engel el responsable del departamento de
pesquisa de Bell Labs No obstante la introduccioacuten del primer
servicio comercial apenas sucedioacute en 1979 en Japoacuten y apenas en
1982 la FCC aproboacute en los Estados Unidos el lanzamiento por parte
de la empresa Ameritech del primer sistema moacutevil comercial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
No fue sino hasta marzo de 1977 cuando la FCC aproboacute que Bell
probara un sistema celular en Chicago
En 1978 en EEUU comenzoacute a operar el Servicio Telefoacutenico
Moacutevil Avanzado o Advanced Mobile Phone Service AMPS
En ese antildeo 10 ceacutelulas cubriacutean 355000 kms cuadrados en el aacuterea
de Chicago operando en las nuevas frecuencias en la banda de 800
MHz
Esta red utilizaba circuitos integrados LS una computadora
dedicada y un sistema de conmutacioacuten lo que proboacute que los
sistemas celulares podiacutean funcionar
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial La seleccioacuten y asignacioacuten de la banda de 800 MHz a la telefoniacutea
celular se basoacute en las limitaciones existentes en las otras bandas
del espectro
No era la banda de frecuencia maacutes idoacutenea pero con la tecnologiacutea
vigente del momento podiacutea desplegarse y ser implementada pero
sin ir maacutes allaacute de la misma Las tecnologiacuteas futuras permitieron
despliegues en bandas superiores
La FCC despueacutes de analizar todas las estrategias de factibilidad
mercado y eficiencias de operacioacuten decidioacute adjudicar en 1980 las
bandas de 800 MHz a dos (2) competidores dividiendo la misma
en bloques y denominaacutendolas Banda ldquoArdquo y Banda ldquoBrdquo
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ATampT desarrolloacute un modelo junto con Motorola conocido como
Dyna-TACS o TACS que significa Total Access Communications
System el cual se puso en marcha en Baltimore y en Washington
DC por la compantildeiacutea Cellular One el 16 de diciembre de 1983
Otro estaacutendar que surgioacute fue el de AURORA-400 en Canadaacute en
febrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel Este sistema
llamado descentralizado opera en los 420 MHz y utilizaba 86
ceacutelulas funcionando mejor en aacutereas rurales por su poca capacidad
pero cobertura amplia
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Eacuteste es el primer teleacutefono celular de la historia el abuelo de los que conocemos en la actualidad Su nombre es
Motorola DynaTAC 8000X y aparecioacute por primera vez en el antildeo de 1983
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Primeros Sistemas Moacuteviles Desempentildeo de servicio pobre
En 1976 MJ teniacutea 6 canales para
servir 320 usuarios con 2400 en
lista de espera MK teniacutea 225
usuarios con 1300 en lista de
espera
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Desempentildeo de servicio pobre Evolucioacuten de la Poblacioacuten Mundial
Ciudad 1980 1990 2000 2010 2015
New York 156 160 171 190 197
Paris 817 915 117 121 123
Tokio 285 325 344 357 362
CMexico 130 153 180 198 206
Sao Paulo 85 95 108 119 123
B Aires 99 111 125 140 145
Venezuela 145 197 243 288 310
Boliacutevar 07 10 13 162 175
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
En las horas pico la probabilidad de bloqueo de llamadas era
inmensa
Aunque la calidad del servicio era indeseable la demanda
continuoacute en aumento lo que implicoacute la necesidad de ofrecer un
sistema con mayor capacidad
Medicioacuten de Utilizacioacuten de Frecuencia ldquoMordquo en los sistemas de
telefoniacutea convencional dado por
Mo = Ndeg de usuarios Canal
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
En el ejemplo de Nueva York en 1976 Mo = 53 usuarioscanal
en MJ y 37 usuarioscanal en el MK
Asumiendo un tiempo de llamada promedio de 176 min y
aplicando el modelo de Erlang-B (sin llamadas perdidas) Se
calcula la probabilidad de bloqueo utilizando seis (6) canales con
cada canal sirviendo a los dos (2) diferentes nuacutemeros de usuarios
especificados antes de MJ y MK
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
Carga ofrecida
A = (Tiempo de Prom Llamadatotal de usuarioscanales) 60
min (erlangs)
A1 = (176 x 53 x 6) 60 = 933 erlangs (sistema MJ)
A2 =(176 x 37 x 6) 60 = 651 erlangs (sistema MK)
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
Seguacuten las tablas del modelo ERLANG-B con los seis (6) canales
asignados y en utilizacioacuten por cada sistema se obtienen
probabilidades de bloqueo
B1 = 50 para el MJ y
B2 =30 para el MK
valores muy altos e inaceptables de desempentildeo para la
confiabilidad de obtencioacuten exitosa de la llamada iniciada
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Para reducir los valores de B el Mo (UsuariosCanal) debe ser lo
maacutes pequentildeo posible En relacioacuten a la utilizacioacuten eficiente del
espectro de frecuencias el sistema convencional era imposible
que pudiera cumplir partiendo que un solo canal de frecuencia
solo podiacutea servir a un usuario a la vez en toda el aacuterea de
cobertura
ldquoNecesidad de Mejora de los Servicios de Telefoniacutea
Moacutevilrdquo
Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Desde el principio de las telecomunicaciones dos han sido las
principales opciones para llevar a cabo una comunicacioacuten con o sin
hilos o lo que es lo mismo por cable o por el aire
En realidad ambas pueden participar en un mismo proceso
comunicativo
En las comunicaciones moacuteviles en las que emisor o receptor
estaacuten en movimiento la movilidad de los extremos de la
comunicacioacuten excluye casi por completo la utilizacioacuten de cables
para alcanzar dichos extremos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Por tanto utiliza baacutesicamente la comunicacioacuten viacutea radio Esta se
convierte en una de las mayores ventajas de la comunicacioacuten viacutea
radio la movilidad de los extremos de la conexioacuten
Otras bondades de las redes inalaacutembricas son el ancho de banda
que proporcionan
El raacutepido despliegue que conllevan al no tener que llevar a cabo
obra civil
Sin embargo el cable es maacutes inmune a amenazas externas como
el ruido o las escuchas no autorizadas y no tiene que competir con
otras fuentes por el espacio radioeleacutectrico
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT introdujo el primer servicio telefoacutenico moacutevil en los Estados
Unidos el 17 de junio de 1946 en San Luis Missouri El sistema
operaba con 6 canales en la banda de 150 MHz con un espacio entre
canales de 60 KHz y una antena muy potente
Este sistema se utilizoacute para interconectar usuarios moacuteviles
(usualmente autos) con la red telefoacutenica puacuteblica permitiendo asiacute
llamadas entre estaciones fijas y usuarios moacuteviles
Un antildeo despueacutes el servicio telefoacutenico moacutevil se ofrecioacute en maacutes de
25 ciudades de los EEUU y unos 44000 usuarios en total aunque
por desgracia habiacutea 22000 maacutes en una lista de espera de cinco antildeos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Estos sistemas telefoacutenicos moacuteviles se basaban en una transmisioacuten
de Frecuencia Modulada (FM)
La mayoriacutea de estos sistemas utilizaban un solo transmisor muy
poderoso para proveer cobertura a maacutes de 80 km desde la base
Los canales telefoacutenicos moacuteviles de FM evolucionaron a 120 KHz
del espectro para transmitir la voz con un ancho de banda de 3KHz
Aunque se esperaban mejoras en la estabilidad del transmisor en la
figura de ruido y en el ancho de banda del receptor
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La demanda para el servicio de telefoniacutea moacutevil crecioacute
raacutepidamente y permanecioacute por detraacutes de la capacidad disponible en
muchas de las ciudades de gran tamantildeo
ldquoEs increiacuteble que a pesar de la gran demanda que se
generoacute fue necesario que pasaran maacutes de 30 antildeos
(1946-1976) para cubrir las necesidades de telefoniacutea
moacutevilrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La capacidad del sistema era menor que el traacutefico que teniacutea que
soportar por ello la calidad del servicio era terrible las
probabilidades de bloqueo eran del 65 o maacutes altas La inutilidad
del teleacutefono moacutevil disminuyoacute la frecuencia de su uso ya que los
usuarios encontraron que era mejor prevenir no hablando en horas
picos
Los usuarios y las compantildeiacuteas telefoacutenicas se dieron cuenta que un
conjunto de canales no seriacutea suficiente para desarrollar un servicio
telefoacutenico moacutevil uacutetil Se necesitariacutean grandes bloques del espectro
para satisfacer la demanda en aacutereas urbanas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1949 la FCC (la FCC es la comisioacuten federal de
comunicaciones que es el organismo que regula las comunicaciones
en los EEUU) dispuso maacutes canales y la mitad se los dio a la
compantildeiacutea Bell System y la otra mitad a compantildeiacuteas independientes
como la RCC(Radio Common Carriers) con la intencioacuten de crear la
competencia y evitar los monopolios
Fue a mediados de los 50 cuando se creoacute el primer equipo para
viajar en auto de menor tamantildeo Esto sucedioacute en Estocolmo en las
oficinas centrales de Ericsson pero no fue sino 10 antildeos despueacutes
cuando los transistores redujeron en peso tamantildeo y potencia para
poder introducirlos al mercado
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1956 la Bell System comenzoacute a dar servicio en los 450 MHz
que era una nueva banda para tener una mayor capacidad
En 1958 la Richmond Radiotelephone Co mejoroacute su sistema de
marcado conectando raacutepidamente las llamadas de moacutevil a moacutevil
A mediados de los 60rsquos el Sistema Bell introdujo el Servicio
Telefoacutenico Moacutevil Mejorado (IMTS por sus siglas en ingleacutes) con
caracteriacutesticas mejoradas Las mejoras en el disentildeo del transmisor y
del receptor permitieron una reduccioacuten en el ancho de banda del
canal de FM de 25-30 KHz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
A finales de los 60rsquos y principios de los 70rsquos comenzoacute el trabajo
con los primeros sistemas de telefoniacutea celular
Las frecuencias no eran reutilizadas en ceacutelulas adyacentes para
evitar la interferencia en estos primeros sistemas celulares
En enero 1969 la Bell System aplicoacute por primera vez el reuso de
frecuencias en un servicio comercial para teleacutefonos puacuteblicos de la
liacutenea del tren de NY a Washington DC Para desarrollar este
sistema se utilizaron 6 canales en la banda de 450 MHz en nueve
zonas a lo largo de una ruta de 380 km
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Mientras que las comunicaciones de voz utilizaron el mismo FM
analoacutegico que se habiacutea estado usando desde la II Guerra Mundial
Dos Mejoras importantes hicieron el concepto celular realidad
A principios de los 70rsquos se inventoacute el microprocesador
aunque los algoritmos complejos de control se implantaban en
loacutegica con cables el microprocesador hizo maacutes faacutecil la vida de
todos
La segunda mejora fue en el uso de un enlace de control
digital entre el teleacutefono moacutevil y la estacioacuten base
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1973 Martin Cooper entonces trabajando para Motorola
presionoacute una tecla obtuvo sentildeal de marcacioacuten e hizo la primera
llamada desde un moacutevil en el mundo Cooper entroacute para la historia
no solo por ser el primer usuario sino tambieacuten por ser considerado
el inventor de este nuevo medio de comunicacioacuten
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El concepto de comunicaciones moacuteviles utilizando una red celular
nacioacute en 1947 en los Bell Laboratories el departamento de pesquisa
de ATampT el uacutenico operador norte-americano a la fecha Por
entonces la idea no era realizable debido a dificultades en la
concesioacuten de espectro de radio por parte de las autoridades Pero a
partir de 1960 los Bell Labs y Motorola empezaron a estudiar el
concepto y intentando ponerlo en praacutectica La carrera al celular fue
vencida por Motorola en el diacutea tres de Abril de 1973 gracias a los
esfuerzos de Cooper que pretendiacutea que las personas fuesen capaces
de transportar y utilizar su teleacutefono en todos los sitios
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El diacutea tres de Abril de 1973 Cooper estaba en la esquina de una
calle en Manhattan camino de una conferencia de prensa en un
hotel cuando decidioacute intentar hacer una llamada personal Cooper
cogioacute su terminal Dyna-Tac presionoacute la tecla para conectar el moacutevil
y el aparato logroacute conectarse a la red fija a traveacutes de la estacioacuten-base
instalada en el tope de un edificio Entonces Cooper marcoacute el
nuacutemero de su rival Joel Engel el responsable del departamento de
pesquisa de Bell Labs No obstante la introduccioacuten del primer
servicio comercial apenas sucedioacute en 1979 en Japoacuten y apenas en
1982 la FCC aproboacute en los Estados Unidos el lanzamiento por parte
de la empresa Ameritech del primer sistema moacutevil comercial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
No fue sino hasta marzo de 1977 cuando la FCC aproboacute que Bell
probara un sistema celular en Chicago
En 1978 en EEUU comenzoacute a operar el Servicio Telefoacutenico
Moacutevil Avanzado o Advanced Mobile Phone Service AMPS
En ese antildeo 10 ceacutelulas cubriacutean 355000 kms cuadrados en el aacuterea
de Chicago operando en las nuevas frecuencias en la banda de 800
MHz
Esta red utilizaba circuitos integrados LS una computadora
dedicada y un sistema de conmutacioacuten lo que proboacute que los
sistemas celulares podiacutean funcionar
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial La seleccioacuten y asignacioacuten de la banda de 800 MHz a la telefoniacutea
celular se basoacute en las limitaciones existentes en las otras bandas
del espectro
No era la banda de frecuencia maacutes idoacutenea pero con la tecnologiacutea
vigente del momento podiacutea desplegarse y ser implementada pero
sin ir maacutes allaacute de la misma Las tecnologiacuteas futuras permitieron
despliegues en bandas superiores
La FCC despueacutes de analizar todas las estrategias de factibilidad
mercado y eficiencias de operacioacuten decidioacute adjudicar en 1980 las
bandas de 800 MHz a dos (2) competidores dividiendo la misma
en bloques y denominaacutendolas Banda ldquoArdquo y Banda ldquoBrdquo
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ATampT desarrolloacute un modelo junto con Motorola conocido como
Dyna-TACS o TACS que significa Total Access Communications
System el cual se puso en marcha en Baltimore y en Washington
DC por la compantildeiacutea Cellular One el 16 de diciembre de 1983
Otro estaacutendar que surgioacute fue el de AURORA-400 en Canadaacute en
febrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel Este sistema
llamado descentralizado opera en los 420 MHz y utilizaba 86
ceacutelulas funcionando mejor en aacutereas rurales por su poca capacidad
pero cobertura amplia
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Eacuteste es el primer teleacutefono celular de la historia el abuelo de los que conocemos en la actualidad Su nombre es
Motorola DynaTAC 8000X y aparecioacute por primera vez en el antildeo de 1983
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Desempentildeo de servicio pobre Evolucioacuten de la Poblacioacuten Mundial
Ciudad 1980 1990 2000 2010 2015
New York 156 160 171 190 197
Paris 817 915 117 121 123
Tokio 285 325 344 357 362
CMexico 130 153 180 198 206
Sao Paulo 85 95 108 119 123
B Aires 99 111 125 140 145
Venezuela 145 197 243 288 310
Boliacutevar 07 10 13 162 175
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
En las horas pico la probabilidad de bloqueo de llamadas era
inmensa
Aunque la calidad del servicio era indeseable la demanda
continuoacute en aumento lo que implicoacute la necesidad de ofrecer un
sistema con mayor capacidad
Medicioacuten de Utilizacioacuten de Frecuencia ldquoMordquo en los sistemas de
telefoniacutea convencional dado por
Mo = Ndeg de usuarios Canal
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
En el ejemplo de Nueva York en 1976 Mo = 53 usuarioscanal
en MJ y 37 usuarioscanal en el MK
Asumiendo un tiempo de llamada promedio de 176 min y
aplicando el modelo de Erlang-B (sin llamadas perdidas) Se
calcula la probabilidad de bloqueo utilizando seis (6) canales con
cada canal sirviendo a los dos (2) diferentes nuacutemeros de usuarios
especificados antes de MJ y MK
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
Carga ofrecida
A = (Tiempo de Prom Llamadatotal de usuarioscanales) 60
min (erlangs)
A1 = (176 x 53 x 6) 60 = 933 erlangs (sistema MJ)
A2 =(176 x 37 x 6) 60 = 651 erlangs (sistema MK)
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
Seguacuten las tablas del modelo ERLANG-B con los seis (6) canales
asignados y en utilizacioacuten por cada sistema se obtienen
probabilidades de bloqueo
B1 = 50 para el MJ y
B2 =30 para el MK
valores muy altos e inaceptables de desempentildeo para la
confiabilidad de obtencioacuten exitosa de la llamada iniciada
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Para reducir los valores de B el Mo (UsuariosCanal) debe ser lo
maacutes pequentildeo posible En relacioacuten a la utilizacioacuten eficiente del
espectro de frecuencias el sistema convencional era imposible
que pudiera cumplir partiendo que un solo canal de frecuencia
solo podiacutea servir a un usuario a la vez en toda el aacuterea de
cobertura
ldquoNecesidad de Mejora de los Servicios de Telefoniacutea
Moacutevilrdquo
Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Desde el principio de las telecomunicaciones dos han sido las
principales opciones para llevar a cabo una comunicacioacuten con o sin
hilos o lo que es lo mismo por cable o por el aire
En realidad ambas pueden participar en un mismo proceso
comunicativo
En las comunicaciones moacuteviles en las que emisor o receptor
estaacuten en movimiento la movilidad de los extremos de la
comunicacioacuten excluye casi por completo la utilizacioacuten de cables
para alcanzar dichos extremos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Por tanto utiliza baacutesicamente la comunicacioacuten viacutea radio Esta se
convierte en una de las mayores ventajas de la comunicacioacuten viacutea
radio la movilidad de los extremos de la conexioacuten
Otras bondades de las redes inalaacutembricas son el ancho de banda
que proporcionan
El raacutepido despliegue que conllevan al no tener que llevar a cabo
obra civil
Sin embargo el cable es maacutes inmune a amenazas externas como
el ruido o las escuchas no autorizadas y no tiene que competir con
otras fuentes por el espacio radioeleacutectrico
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT introdujo el primer servicio telefoacutenico moacutevil en los Estados
Unidos el 17 de junio de 1946 en San Luis Missouri El sistema
operaba con 6 canales en la banda de 150 MHz con un espacio entre
canales de 60 KHz y una antena muy potente
Este sistema se utilizoacute para interconectar usuarios moacuteviles
(usualmente autos) con la red telefoacutenica puacuteblica permitiendo asiacute
llamadas entre estaciones fijas y usuarios moacuteviles
Un antildeo despueacutes el servicio telefoacutenico moacutevil se ofrecioacute en maacutes de
25 ciudades de los EEUU y unos 44000 usuarios en total aunque
por desgracia habiacutea 22000 maacutes en una lista de espera de cinco antildeos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Estos sistemas telefoacutenicos moacuteviles se basaban en una transmisioacuten
de Frecuencia Modulada (FM)
La mayoriacutea de estos sistemas utilizaban un solo transmisor muy
poderoso para proveer cobertura a maacutes de 80 km desde la base
Los canales telefoacutenicos moacuteviles de FM evolucionaron a 120 KHz
del espectro para transmitir la voz con un ancho de banda de 3KHz
Aunque se esperaban mejoras en la estabilidad del transmisor en la
figura de ruido y en el ancho de banda del receptor
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La demanda para el servicio de telefoniacutea moacutevil crecioacute
raacutepidamente y permanecioacute por detraacutes de la capacidad disponible en
muchas de las ciudades de gran tamantildeo
ldquoEs increiacuteble que a pesar de la gran demanda que se
generoacute fue necesario que pasaran maacutes de 30 antildeos
(1946-1976) para cubrir las necesidades de telefoniacutea
moacutevilrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La capacidad del sistema era menor que el traacutefico que teniacutea que
soportar por ello la calidad del servicio era terrible las
probabilidades de bloqueo eran del 65 o maacutes altas La inutilidad
del teleacutefono moacutevil disminuyoacute la frecuencia de su uso ya que los
usuarios encontraron que era mejor prevenir no hablando en horas
picos
Los usuarios y las compantildeiacuteas telefoacutenicas se dieron cuenta que un
conjunto de canales no seriacutea suficiente para desarrollar un servicio
telefoacutenico moacutevil uacutetil Se necesitariacutean grandes bloques del espectro
para satisfacer la demanda en aacutereas urbanas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1949 la FCC (la FCC es la comisioacuten federal de
comunicaciones que es el organismo que regula las comunicaciones
en los EEUU) dispuso maacutes canales y la mitad se los dio a la
compantildeiacutea Bell System y la otra mitad a compantildeiacuteas independientes
como la RCC(Radio Common Carriers) con la intencioacuten de crear la
competencia y evitar los monopolios
Fue a mediados de los 50 cuando se creoacute el primer equipo para
viajar en auto de menor tamantildeo Esto sucedioacute en Estocolmo en las
oficinas centrales de Ericsson pero no fue sino 10 antildeos despueacutes
cuando los transistores redujeron en peso tamantildeo y potencia para
poder introducirlos al mercado
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1956 la Bell System comenzoacute a dar servicio en los 450 MHz
que era una nueva banda para tener una mayor capacidad
En 1958 la Richmond Radiotelephone Co mejoroacute su sistema de
marcado conectando raacutepidamente las llamadas de moacutevil a moacutevil
A mediados de los 60rsquos el Sistema Bell introdujo el Servicio
Telefoacutenico Moacutevil Mejorado (IMTS por sus siglas en ingleacutes) con
caracteriacutesticas mejoradas Las mejoras en el disentildeo del transmisor y
del receptor permitieron una reduccioacuten en el ancho de banda del
canal de FM de 25-30 KHz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
A finales de los 60rsquos y principios de los 70rsquos comenzoacute el trabajo
con los primeros sistemas de telefoniacutea celular
Las frecuencias no eran reutilizadas en ceacutelulas adyacentes para
evitar la interferencia en estos primeros sistemas celulares
En enero 1969 la Bell System aplicoacute por primera vez el reuso de
frecuencias en un servicio comercial para teleacutefonos puacuteblicos de la
liacutenea del tren de NY a Washington DC Para desarrollar este
sistema se utilizaron 6 canales en la banda de 450 MHz en nueve
zonas a lo largo de una ruta de 380 km
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Mientras que las comunicaciones de voz utilizaron el mismo FM
analoacutegico que se habiacutea estado usando desde la II Guerra Mundial
Dos Mejoras importantes hicieron el concepto celular realidad
A principios de los 70rsquos se inventoacute el microprocesador
aunque los algoritmos complejos de control se implantaban en
loacutegica con cables el microprocesador hizo maacutes faacutecil la vida de
todos
La segunda mejora fue en el uso de un enlace de control
digital entre el teleacutefono moacutevil y la estacioacuten base
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1973 Martin Cooper entonces trabajando para Motorola
presionoacute una tecla obtuvo sentildeal de marcacioacuten e hizo la primera
llamada desde un moacutevil en el mundo Cooper entroacute para la historia
no solo por ser el primer usuario sino tambieacuten por ser considerado
el inventor de este nuevo medio de comunicacioacuten
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El concepto de comunicaciones moacuteviles utilizando una red celular
nacioacute en 1947 en los Bell Laboratories el departamento de pesquisa
de ATampT el uacutenico operador norte-americano a la fecha Por
entonces la idea no era realizable debido a dificultades en la
concesioacuten de espectro de radio por parte de las autoridades Pero a
partir de 1960 los Bell Labs y Motorola empezaron a estudiar el
concepto y intentando ponerlo en praacutectica La carrera al celular fue
vencida por Motorola en el diacutea tres de Abril de 1973 gracias a los
esfuerzos de Cooper que pretendiacutea que las personas fuesen capaces
de transportar y utilizar su teleacutefono en todos los sitios
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El diacutea tres de Abril de 1973 Cooper estaba en la esquina de una
calle en Manhattan camino de una conferencia de prensa en un
hotel cuando decidioacute intentar hacer una llamada personal Cooper
cogioacute su terminal Dyna-Tac presionoacute la tecla para conectar el moacutevil
y el aparato logroacute conectarse a la red fija a traveacutes de la estacioacuten-base
instalada en el tope de un edificio Entonces Cooper marcoacute el
nuacutemero de su rival Joel Engel el responsable del departamento de
pesquisa de Bell Labs No obstante la introduccioacuten del primer
servicio comercial apenas sucedioacute en 1979 en Japoacuten y apenas en
1982 la FCC aproboacute en los Estados Unidos el lanzamiento por parte
de la empresa Ameritech del primer sistema moacutevil comercial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
No fue sino hasta marzo de 1977 cuando la FCC aproboacute que Bell
probara un sistema celular en Chicago
En 1978 en EEUU comenzoacute a operar el Servicio Telefoacutenico
Moacutevil Avanzado o Advanced Mobile Phone Service AMPS
En ese antildeo 10 ceacutelulas cubriacutean 355000 kms cuadrados en el aacuterea
de Chicago operando en las nuevas frecuencias en la banda de 800
MHz
Esta red utilizaba circuitos integrados LS una computadora
dedicada y un sistema de conmutacioacuten lo que proboacute que los
sistemas celulares podiacutean funcionar
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial La seleccioacuten y asignacioacuten de la banda de 800 MHz a la telefoniacutea
celular se basoacute en las limitaciones existentes en las otras bandas
del espectro
No era la banda de frecuencia maacutes idoacutenea pero con la tecnologiacutea
vigente del momento podiacutea desplegarse y ser implementada pero
sin ir maacutes allaacute de la misma Las tecnologiacuteas futuras permitieron
despliegues en bandas superiores
La FCC despueacutes de analizar todas las estrategias de factibilidad
mercado y eficiencias de operacioacuten decidioacute adjudicar en 1980 las
bandas de 800 MHz a dos (2) competidores dividiendo la misma
en bloques y denominaacutendolas Banda ldquoArdquo y Banda ldquoBrdquo
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ATampT desarrolloacute un modelo junto con Motorola conocido como
Dyna-TACS o TACS que significa Total Access Communications
System el cual se puso en marcha en Baltimore y en Washington
DC por la compantildeiacutea Cellular One el 16 de diciembre de 1983
Otro estaacutendar que surgioacute fue el de AURORA-400 en Canadaacute en
febrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel Este sistema
llamado descentralizado opera en los 420 MHz y utilizaba 86
ceacutelulas funcionando mejor en aacutereas rurales por su poca capacidad
pero cobertura amplia
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Eacuteste es el primer teleacutefono celular de la historia el abuelo de los que conocemos en la actualidad Su nombre es
Motorola DynaTAC 8000X y aparecioacute por primera vez en el antildeo de 1983
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
En las horas pico la probabilidad de bloqueo de llamadas era
inmensa
Aunque la calidad del servicio era indeseable la demanda
continuoacute en aumento lo que implicoacute la necesidad de ofrecer un
sistema con mayor capacidad
Medicioacuten de Utilizacioacuten de Frecuencia ldquoMordquo en los sistemas de
telefoniacutea convencional dado por
Mo = Ndeg de usuarios Canal
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
En el ejemplo de Nueva York en 1976 Mo = 53 usuarioscanal
en MJ y 37 usuarioscanal en el MK
Asumiendo un tiempo de llamada promedio de 176 min y
aplicando el modelo de Erlang-B (sin llamadas perdidas) Se
calcula la probabilidad de bloqueo utilizando seis (6) canales con
cada canal sirviendo a los dos (2) diferentes nuacutemeros de usuarios
especificados antes de MJ y MK
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
Carga ofrecida
A = (Tiempo de Prom Llamadatotal de usuarioscanales) 60
min (erlangs)
A1 = (176 x 53 x 6) 60 = 933 erlangs (sistema MJ)
A2 =(176 x 37 x 6) 60 = 651 erlangs (sistema MK)
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
Seguacuten las tablas del modelo ERLANG-B con los seis (6) canales
asignados y en utilizacioacuten por cada sistema se obtienen
probabilidades de bloqueo
B1 = 50 para el MJ y
B2 =30 para el MK
valores muy altos e inaceptables de desempentildeo para la
confiabilidad de obtencioacuten exitosa de la llamada iniciada
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Para reducir los valores de B el Mo (UsuariosCanal) debe ser lo
maacutes pequentildeo posible En relacioacuten a la utilizacioacuten eficiente del
espectro de frecuencias el sistema convencional era imposible
que pudiera cumplir partiendo que un solo canal de frecuencia
solo podiacutea servir a un usuario a la vez en toda el aacuterea de
cobertura
ldquoNecesidad de Mejora de los Servicios de Telefoniacutea
Moacutevilrdquo
Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Desde el principio de las telecomunicaciones dos han sido las
principales opciones para llevar a cabo una comunicacioacuten con o sin
hilos o lo que es lo mismo por cable o por el aire
En realidad ambas pueden participar en un mismo proceso
comunicativo
En las comunicaciones moacuteviles en las que emisor o receptor
estaacuten en movimiento la movilidad de los extremos de la
comunicacioacuten excluye casi por completo la utilizacioacuten de cables
para alcanzar dichos extremos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Por tanto utiliza baacutesicamente la comunicacioacuten viacutea radio Esta se
convierte en una de las mayores ventajas de la comunicacioacuten viacutea
radio la movilidad de los extremos de la conexioacuten
Otras bondades de las redes inalaacutembricas son el ancho de banda
que proporcionan
El raacutepido despliegue que conllevan al no tener que llevar a cabo
obra civil
Sin embargo el cable es maacutes inmune a amenazas externas como
el ruido o las escuchas no autorizadas y no tiene que competir con
otras fuentes por el espacio radioeleacutectrico
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT introdujo el primer servicio telefoacutenico moacutevil en los Estados
Unidos el 17 de junio de 1946 en San Luis Missouri El sistema
operaba con 6 canales en la banda de 150 MHz con un espacio entre
canales de 60 KHz y una antena muy potente
Este sistema se utilizoacute para interconectar usuarios moacuteviles
(usualmente autos) con la red telefoacutenica puacuteblica permitiendo asiacute
llamadas entre estaciones fijas y usuarios moacuteviles
Un antildeo despueacutes el servicio telefoacutenico moacutevil se ofrecioacute en maacutes de
25 ciudades de los EEUU y unos 44000 usuarios en total aunque
por desgracia habiacutea 22000 maacutes en una lista de espera de cinco antildeos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Estos sistemas telefoacutenicos moacuteviles se basaban en una transmisioacuten
de Frecuencia Modulada (FM)
La mayoriacutea de estos sistemas utilizaban un solo transmisor muy
poderoso para proveer cobertura a maacutes de 80 km desde la base
Los canales telefoacutenicos moacuteviles de FM evolucionaron a 120 KHz
del espectro para transmitir la voz con un ancho de banda de 3KHz
Aunque se esperaban mejoras en la estabilidad del transmisor en la
figura de ruido y en el ancho de banda del receptor
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La demanda para el servicio de telefoniacutea moacutevil crecioacute
raacutepidamente y permanecioacute por detraacutes de la capacidad disponible en
muchas de las ciudades de gran tamantildeo
ldquoEs increiacuteble que a pesar de la gran demanda que se
generoacute fue necesario que pasaran maacutes de 30 antildeos
(1946-1976) para cubrir las necesidades de telefoniacutea
moacutevilrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La capacidad del sistema era menor que el traacutefico que teniacutea que
soportar por ello la calidad del servicio era terrible las
probabilidades de bloqueo eran del 65 o maacutes altas La inutilidad
del teleacutefono moacutevil disminuyoacute la frecuencia de su uso ya que los
usuarios encontraron que era mejor prevenir no hablando en horas
picos
Los usuarios y las compantildeiacuteas telefoacutenicas se dieron cuenta que un
conjunto de canales no seriacutea suficiente para desarrollar un servicio
telefoacutenico moacutevil uacutetil Se necesitariacutean grandes bloques del espectro
para satisfacer la demanda en aacutereas urbanas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1949 la FCC (la FCC es la comisioacuten federal de
comunicaciones que es el organismo que regula las comunicaciones
en los EEUU) dispuso maacutes canales y la mitad se los dio a la
compantildeiacutea Bell System y la otra mitad a compantildeiacuteas independientes
como la RCC(Radio Common Carriers) con la intencioacuten de crear la
competencia y evitar los monopolios
Fue a mediados de los 50 cuando se creoacute el primer equipo para
viajar en auto de menor tamantildeo Esto sucedioacute en Estocolmo en las
oficinas centrales de Ericsson pero no fue sino 10 antildeos despueacutes
cuando los transistores redujeron en peso tamantildeo y potencia para
poder introducirlos al mercado
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1956 la Bell System comenzoacute a dar servicio en los 450 MHz
que era una nueva banda para tener una mayor capacidad
En 1958 la Richmond Radiotelephone Co mejoroacute su sistema de
marcado conectando raacutepidamente las llamadas de moacutevil a moacutevil
A mediados de los 60rsquos el Sistema Bell introdujo el Servicio
Telefoacutenico Moacutevil Mejorado (IMTS por sus siglas en ingleacutes) con
caracteriacutesticas mejoradas Las mejoras en el disentildeo del transmisor y
del receptor permitieron una reduccioacuten en el ancho de banda del
canal de FM de 25-30 KHz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
A finales de los 60rsquos y principios de los 70rsquos comenzoacute el trabajo
con los primeros sistemas de telefoniacutea celular
Las frecuencias no eran reutilizadas en ceacutelulas adyacentes para
evitar la interferencia en estos primeros sistemas celulares
En enero 1969 la Bell System aplicoacute por primera vez el reuso de
frecuencias en un servicio comercial para teleacutefonos puacuteblicos de la
liacutenea del tren de NY a Washington DC Para desarrollar este
sistema se utilizaron 6 canales en la banda de 450 MHz en nueve
zonas a lo largo de una ruta de 380 km
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Mientras que las comunicaciones de voz utilizaron el mismo FM
analoacutegico que se habiacutea estado usando desde la II Guerra Mundial
Dos Mejoras importantes hicieron el concepto celular realidad
A principios de los 70rsquos se inventoacute el microprocesador
aunque los algoritmos complejos de control se implantaban en
loacutegica con cables el microprocesador hizo maacutes faacutecil la vida de
todos
La segunda mejora fue en el uso de un enlace de control
digital entre el teleacutefono moacutevil y la estacioacuten base
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1973 Martin Cooper entonces trabajando para Motorola
presionoacute una tecla obtuvo sentildeal de marcacioacuten e hizo la primera
llamada desde un moacutevil en el mundo Cooper entroacute para la historia
no solo por ser el primer usuario sino tambieacuten por ser considerado
el inventor de este nuevo medio de comunicacioacuten
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El concepto de comunicaciones moacuteviles utilizando una red celular
nacioacute en 1947 en los Bell Laboratories el departamento de pesquisa
de ATampT el uacutenico operador norte-americano a la fecha Por
entonces la idea no era realizable debido a dificultades en la
concesioacuten de espectro de radio por parte de las autoridades Pero a
partir de 1960 los Bell Labs y Motorola empezaron a estudiar el
concepto y intentando ponerlo en praacutectica La carrera al celular fue
vencida por Motorola en el diacutea tres de Abril de 1973 gracias a los
esfuerzos de Cooper que pretendiacutea que las personas fuesen capaces
de transportar y utilizar su teleacutefono en todos los sitios
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El diacutea tres de Abril de 1973 Cooper estaba en la esquina de una
calle en Manhattan camino de una conferencia de prensa en un
hotel cuando decidioacute intentar hacer una llamada personal Cooper
cogioacute su terminal Dyna-Tac presionoacute la tecla para conectar el moacutevil
y el aparato logroacute conectarse a la red fija a traveacutes de la estacioacuten-base
instalada en el tope de un edificio Entonces Cooper marcoacute el
nuacutemero de su rival Joel Engel el responsable del departamento de
pesquisa de Bell Labs No obstante la introduccioacuten del primer
servicio comercial apenas sucedioacute en 1979 en Japoacuten y apenas en
1982 la FCC aproboacute en los Estados Unidos el lanzamiento por parte
de la empresa Ameritech del primer sistema moacutevil comercial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
No fue sino hasta marzo de 1977 cuando la FCC aproboacute que Bell
probara un sistema celular en Chicago
En 1978 en EEUU comenzoacute a operar el Servicio Telefoacutenico
Moacutevil Avanzado o Advanced Mobile Phone Service AMPS
En ese antildeo 10 ceacutelulas cubriacutean 355000 kms cuadrados en el aacuterea
de Chicago operando en las nuevas frecuencias en la banda de 800
MHz
Esta red utilizaba circuitos integrados LS una computadora
dedicada y un sistema de conmutacioacuten lo que proboacute que los
sistemas celulares podiacutean funcionar
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial La seleccioacuten y asignacioacuten de la banda de 800 MHz a la telefoniacutea
celular se basoacute en las limitaciones existentes en las otras bandas
del espectro
No era la banda de frecuencia maacutes idoacutenea pero con la tecnologiacutea
vigente del momento podiacutea desplegarse y ser implementada pero
sin ir maacutes allaacute de la misma Las tecnologiacuteas futuras permitieron
despliegues en bandas superiores
La FCC despueacutes de analizar todas las estrategias de factibilidad
mercado y eficiencias de operacioacuten decidioacute adjudicar en 1980 las
bandas de 800 MHz a dos (2) competidores dividiendo la misma
en bloques y denominaacutendolas Banda ldquoArdquo y Banda ldquoBrdquo
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ATampT desarrolloacute un modelo junto con Motorola conocido como
Dyna-TACS o TACS que significa Total Access Communications
System el cual se puso en marcha en Baltimore y en Washington
DC por la compantildeiacutea Cellular One el 16 de diciembre de 1983
Otro estaacutendar que surgioacute fue el de AURORA-400 en Canadaacute en
febrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel Este sistema
llamado descentralizado opera en los 420 MHz y utilizaba 86
ceacutelulas funcionando mejor en aacutereas rurales por su poca capacidad
pero cobertura amplia
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Eacuteste es el primer teleacutefono celular de la historia el abuelo de los que conocemos en la actualidad Su nombre es
Motorola DynaTAC 8000X y aparecioacute por primera vez en el antildeo de 1983
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
En el ejemplo de Nueva York en 1976 Mo = 53 usuarioscanal
en MJ y 37 usuarioscanal en el MK
Asumiendo un tiempo de llamada promedio de 176 min y
aplicando el modelo de Erlang-B (sin llamadas perdidas) Se
calcula la probabilidad de bloqueo utilizando seis (6) canales con
cada canal sirviendo a los dos (2) diferentes nuacutemeros de usuarios
especificados antes de MJ y MK
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
Carga ofrecida
A = (Tiempo de Prom Llamadatotal de usuarioscanales) 60
min (erlangs)
A1 = (176 x 53 x 6) 60 = 933 erlangs (sistema MJ)
A2 =(176 x 37 x 6) 60 = 651 erlangs (sistema MK)
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
Seguacuten las tablas del modelo ERLANG-B con los seis (6) canales
asignados y en utilizacioacuten por cada sistema se obtienen
probabilidades de bloqueo
B1 = 50 para el MJ y
B2 =30 para el MK
valores muy altos e inaceptables de desempentildeo para la
confiabilidad de obtencioacuten exitosa de la llamada iniciada
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Para reducir los valores de B el Mo (UsuariosCanal) debe ser lo
maacutes pequentildeo posible En relacioacuten a la utilizacioacuten eficiente del
espectro de frecuencias el sistema convencional era imposible
que pudiera cumplir partiendo que un solo canal de frecuencia
solo podiacutea servir a un usuario a la vez en toda el aacuterea de
cobertura
ldquoNecesidad de Mejora de los Servicios de Telefoniacutea
Moacutevilrdquo
Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Desde el principio de las telecomunicaciones dos han sido las
principales opciones para llevar a cabo una comunicacioacuten con o sin
hilos o lo que es lo mismo por cable o por el aire
En realidad ambas pueden participar en un mismo proceso
comunicativo
En las comunicaciones moacuteviles en las que emisor o receptor
estaacuten en movimiento la movilidad de los extremos de la
comunicacioacuten excluye casi por completo la utilizacioacuten de cables
para alcanzar dichos extremos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Por tanto utiliza baacutesicamente la comunicacioacuten viacutea radio Esta se
convierte en una de las mayores ventajas de la comunicacioacuten viacutea
radio la movilidad de los extremos de la conexioacuten
Otras bondades de las redes inalaacutembricas son el ancho de banda
que proporcionan
El raacutepido despliegue que conllevan al no tener que llevar a cabo
obra civil
Sin embargo el cable es maacutes inmune a amenazas externas como
el ruido o las escuchas no autorizadas y no tiene que competir con
otras fuentes por el espacio radioeleacutectrico
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT introdujo el primer servicio telefoacutenico moacutevil en los Estados
Unidos el 17 de junio de 1946 en San Luis Missouri El sistema
operaba con 6 canales en la banda de 150 MHz con un espacio entre
canales de 60 KHz y una antena muy potente
Este sistema se utilizoacute para interconectar usuarios moacuteviles
(usualmente autos) con la red telefoacutenica puacuteblica permitiendo asiacute
llamadas entre estaciones fijas y usuarios moacuteviles
Un antildeo despueacutes el servicio telefoacutenico moacutevil se ofrecioacute en maacutes de
25 ciudades de los EEUU y unos 44000 usuarios en total aunque
por desgracia habiacutea 22000 maacutes en una lista de espera de cinco antildeos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Estos sistemas telefoacutenicos moacuteviles se basaban en una transmisioacuten
de Frecuencia Modulada (FM)
La mayoriacutea de estos sistemas utilizaban un solo transmisor muy
poderoso para proveer cobertura a maacutes de 80 km desde la base
Los canales telefoacutenicos moacuteviles de FM evolucionaron a 120 KHz
del espectro para transmitir la voz con un ancho de banda de 3KHz
Aunque se esperaban mejoras en la estabilidad del transmisor en la
figura de ruido y en el ancho de banda del receptor
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La demanda para el servicio de telefoniacutea moacutevil crecioacute
raacutepidamente y permanecioacute por detraacutes de la capacidad disponible en
muchas de las ciudades de gran tamantildeo
ldquoEs increiacuteble que a pesar de la gran demanda que se
generoacute fue necesario que pasaran maacutes de 30 antildeos
(1946-1976) para cubrir las necesidades de telefoniacutea
moacutevilrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La capacidad del sistema era menor que el traacutefico que teniacutea que
soportar por ello la calidad del servicio era terrible las
probabilidades de bloqueo eran del 65 o maacutes altas La inutilidad
del teleacutefono moacutevil disminuyoacute la frecuencia de su uso ya que los
usuarios encontraron que era mejor prevenir no hablando en horas
picos
Los usuarios y las compantildeiacuteas telefoacutenicas se dieron cuenta que un
conjunto de canales no seriacutea suficiente para desarrollar un servicio
telefoacutenico moacutevil uacutetil Se necesitariacutean grandes bloques del espectro
para satisfacer la demanda en aacutereas urbanas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1949 la FCC (la FCC es la comisioacuten federal de
comunicaciones que es el organismo que regula las comunicaciones
en los EEUU) dispuso maacutes canales y la mitad se los dio a la
compantildeiacutea Bell System y la otra mitad a compantildeiacuteas independientes
como la RCC(Radio Common Carriers) con la intencioacuten de crear la
competencia y evitar los monopolios
Fue a mediados de los 50 cuando se creoacute el primer equipo para
viajar en auto de menor tamantildeo Esto sucedioacute en Estocolmo en las
oficinas centrales de Ericsson pero no fue sino 10 antildeos despueacutes
cuando los transistores redujeron en peso tamantildeo y potencia para
poder introducirlos al mercado
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1956 la Bell System comenzoacute a dar servicio en los 450 MHz
que era una nueva banda para tener una mayor capacidad
En 1958 la Richmond Radiotelephone Co mejoroacute su sistema de
marcado conectando raacutepidamente las llamadas de moacutevil a moacutevil
A mediados de los 60rsquos el Sistema Bell introdujo el Servicio
Telefoacutenico Moacutevil Mejorado (IMTS por sus siglas en ingleacutes) con
caracteriacutesticas mejoradas Las mejoras en el disentildeo del transmisor y
del receptor permitieron una reduccioacuten en el ancho de banda del
canal de FM de 25-30 KHz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
A finales de los 60rsquos y principios de los 70rsquos comenzoacute el trabajo
con los primeros sistemas de telefoniacutea celular
Las frecuencias no eran reutilizadas en ceacutelulas adyacentes para
evitar la interferencia en estos primeros sistemas celulares
En enero 1969 la Bell System aplicoacute por primera vez el reuso de
frecuencias en un servicio comercial para teleacutefonos puacuteblicos de la
liacutenea del tren de NY a Washington DC Para desarrollar este
sistema se utilizaron 6 canales en la banda de 450 MHz en nueve
zonas a lo largo de una ruta de 380 km
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Mientras que las comunicaciones de voz utilizaron el mismo FM
analoacutegico que se habiacutea estado usando desde la II Guerra Mundial
Dos Mejoras importantes hicieron el concepto celular realidad
A principios de los 70rsquos se inventoacute el microprocesador
aunque los algoritmos complejos de control se implantaban en
loacutegica con cables el microprocesador hizo maacutes faacutecil la vida de
todos
La segunda mejora fue en el uso de un enlace de control
digital entre el teleacutefono moacutevil y la estacioacuten base
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1973 Martin Cooper entonces trabajando para Motorola
presionoacute una tecla obtuvo sentildeal de marcacioacuten e hizo la primera
llamada desde un moacutevil en el mundo Cooper entroacute para la historia
no solo por ser el primer usuario sino tambieacuten por ser considerado
el inventor de este nuevo medio de comunicacioacuten
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El concepto de comunicaciones moacuteviles utilizando una red celular
nacioacute en 1947 en los Bell Laboratories el departamento de pesquisa
de ATampT el uacutenico operador norte-americano a la fecha Por
entonces la idea no era realizable debido a dificultades en la
concesioacuten de espectro de radio por parte de las autoridades Pero a
partir de 1960 los Bell Labs y Motorola empezaron a estudiar el
concepto y intentando ponerlo en praacutectica La carrera al celular fue
vencida por Motorola en el diacutea tres de Abril de 1973 gracias a los
esfuerzos de Cooper que pretendiacutea que las personas fuesen capaces
de transportar y utilizar su teleacutefono en todos los sitios
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El diacutea tres de Abril de 1973 Cooper estaba en la esquina de una
calle en Manhattan camino de una conferencia de prensa en un
hotel cuando decidioacute intentar hacer una llamada personal Cooper
cogioacute su terminal Dyna-Tac presionoacute la tecla para conectar el moacutevil
y el aparato logroacute conectarse a la red fija a traveacutes de la estacioacuten-base
instalada en el tope de un edificio Entonces Cooper marcoacute el
nuacutemero de su rival Joel Engel el responsable del departamento de
pesquisa de Bell Labs No obstante la introduccioacuten del primer
servicio comercial apenas sucedioacute en 1979 en Japoacuten y apenas en
1982 la FCC aproboacute en los Estados Unidos el lanzamiento por parte
de la empresa Ameritech del primer sistema moacutevil comercial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
No fue sino hasta marzo de 1977 cuando la FCC aproboacute que Bell
probara un sistema celular en Chicago
En 1978 en EEUU comenzoacute a operar el Servicio Telefoacutenico
Moacutevil Avanzado o Advanced Mobile Phone Service AMPS
En ese antildeo 10 ceacutelulas cubriacutean 355000 kms cuadrados en el aacuterea
de Chicago operando en las nuevas frecuencias en la banda de 800
MHz
Esta red utilizaba circuitos integrados LS una computadora
dedicada y un sistema de conmutacioacuten lo que proboacute que los
sistemas celulares podiacutean funcionar
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial La seleccioacuten y asignacioacuten de la banda de 800 MHz a la telefoniacutea
celular se basoacute en las limitaciones existentes en las otras bandas
del espectro
No era la banda de frecuencia maacutes idoacutenea pero con la tecnologiacutea
vigente del momento podiacutea desplegarse y ser implementada pero
sin ir maacutes allaacute de la misma Las tecnologiacuteas futuras permitieron
despliegues en bandas superiores
La FCC despueacutes de analizar todas las estrategias de factibilidad
mercado y eficiencias de operacioacuten decidioacute adjudicar en 1980 las
bandas de 800 MHz a dos (2) competidores dividiendo la misma
en bloques y denominaacutendolas Banda ldquoArdquo y Banda ldquoBrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT desarrolloacute un modelo junto con Motorola conocido como
Dyna-TACS o TACS que significa Total Access Communications
System el cual se puso en marcha en Baltimore y en Washington
DC por la compantildeiacutea Cellular One el 16 de diciembre de 1983
Otro estaacutendar que surgioacute fue el de AURORA-400 en Canadaacute en
febrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel Este sistema
llamado descentralizado opera en los 420 MHz y utilizaba 86
ceacutelulas funcionando mejor en aacutereas rurales por su poca capacidad
pero cobertura amplia
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Eacuteste es el primer teleacutefono celular de la historia el abuelo de los que conocemos en la actualidad Su nombre es
Motorola DynaTAC 8000X y aparecioacute por primera vez en el antildeo de 1983
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
Carga ofrecida
A = (Tiempo de Prom Llamadatotal de usuarioscanales) 60
min (erlangs)
A1 = (176 x 53 x 6) 60 = 933 erlangs (sistema MJ)
A2 =(176 x 37 x 6) 60 = 651 erlangs (sistema MK)
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
Seguacuten las tablas del modelo ERLANG-B con los seis (6) canales
asignados y en utilizacioacuten por cada sistema se obtienen
probabilidades de bloqueo
B1 = 50 para el MJ y
B2 =30 para el MK
valores muy altos e inaceptables de desempentildeo para la
confiabilidad de obtencioacuten exitosa de la llamada iniciada
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Para reducir los valores de B el Mo (UsuariosCanal) debe ser lo
maacutes pequentildeo posible En relacioacuten a la utilizacioacuten eficiente del
espectro de frecuencias el sistema convencional era imposible
que pudiera cumplir partiendo que un solo canal de frecuencia
solo podiacutea servir a un usuario a la vez en toda el aacuterea de
cobertura
ldquoNecesidad de Mejora de los Servicios de Telefoniacutea
Moacutevilrdquo
Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Desde el principio de las telecomunicaciones dos han sido las
principales opciones para llevar a cabo una comunicacioacuten con o sin
hilos o lo que es lo mismo por cable o por el aire
En realidad ambas pueden participar en un mismo proceso
comunicativo
En las comunicaciones moacuteviles en las que emisor o receptor
estaacuten en movimiento la movilidad de los extremos de la
comunicacioacuten excluye casi por completo la utilizacioacuten de cables
para alcanzar dichos extremos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Por tanto utiliza baacutesicamente la comunicacioacuten viacutea radio Esta se
convierte en una de las mayores ventajas de la comunicacioacuten viacutea
radio la movilidad de los extremos de la conexioacuten
Otras bondades de las redes inalaacutembricas son el ancho de banda
que proporcionan
El raacutepido despliegue que conllevan al no tener que llevar a cabo
obra civil
Sin embargo el cable es maacutes inmune a amenazas externas como
el ruido o las escuchas no autorizadas y no tiene que competir con
otras fuentes por el espacio radioeleacutectrico
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT introdujo el primer servicio telefoacutenico moacutevil en los Estados
Unidos el 17 de junio de 1946 en San Luis Missouri El sistema
operaba con 6 canales en la banda de 150 MHz con un espacio entre
canales de 60 KHz y una antena muy potente
Este sistema se utilizoacute para interconectar usuarios moacuteviles
(usualmente autos) con la red telefoacutenica puacuteblica permitiendo asiacute
llamadas entre estaciones fijas y usuarios moacuteviles
Un antildeo despueacutes el servicio telefoacutenico moacutevil se ofrecioacute en maacutes de
25 ciudades de los EEUU y unos 44000 usuarios en total aunque
por desgracia habiacutea 22000 maacutes en una lista de espera de cinco antildeos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Estos sistemas telefoacutenicos moacuteviles se basaban en una transmisioacuten
de Frecuencia Modulada (FM)
La mayoriacutea de estos sistemas utilizaban un solo transmisor muy
poderoso para proveer cobertura a maacutes de 80 km desde la base
Los canales telefoacutenicos moacuteviles de FM evolucionaron a 120 KHz
del espectro para transmitir la voz con un ancho de banda de 3KHz
Aunque se esperaban mejoras en la estabilidad del transmisor en la
figura de ruido y en el ancho de banda del receptor
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La demanda para el servicio de telefoniacutea moacutevil crecioacute
raacutepidamente y permanecioacute por detraacutes de la capacidad disponible en
muchas de las ciudades de gran tamantildeo
ldquoEs increiacuteble que a pesar de la gran demanda que se
generoacute fue necesario que pasaran maacutes de 30 antildeos
(1946-1976) para cubrir las necesidades de telefoniacutea
moacutevilrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La capacidad del sistema era menor que el traacutefico que teniacutea que
soportar por ello la calidad del servicio era terrible las
probabilidades de bloqueo eran del 65 o maacutes altas La inutilidad
del teleacutefono moacutevil disminuyoacute la frecuencia de su uso ya que los
usuarios encontraron que era mejor prevenir no hablando en horas
picos
Los usuarios y las compantildeiacuteas telefoacutenicas se dieron cuenta que un
conjunto de canales no seriacutea suficiente para desarrollar un servicio
telefoacutenico moacutevil uacutetil Se necesitariacutean grandes bloques del espectro
para satisfacer la demanda en aacutereas urbanas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1949 la FCC (la FCC es la comisioacuten federal de
comunicaciones que es el organismo que regula las comunicaciones
en los EEUU) dispuso maacutes canales y la mitad se los dio a la
compantildeiacutea Bell System y la otra mitad a compantildeiacuteas independientes
como la RCC(Radio Common Carriers) con la intencioacuten de crear la
competencia y evitar los monopolios
Fue a mediados de los 50 cuando se creoacute el primer equipo para
viajar en auto de menor tamantildeo Esto sucedioacute en Estocolmo en las
oficinas centrales de Ericsson pero no fue sino 10 antildeos despueacutes
cuando los transistores redujeron en peso tamantildeo y potencia para
poder introducirlos al mercado
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1956 la Bell System comenzoacute a dar servicio en los 450 MHz
que era una nueva banda para tener una mayor capacidad
En 1958 la Richmond Radiotelephone Co mejoroacute su sistema de
marcado conectando raacutepidamente las llamadas de moacutevil a moacutevil
A mediados de los 60rsquos el Sistema Bell introdujo el Servicio
Telefoacutenico Moacutevil Mejorado (IMTS por sus siglas en ingleacutes) con
caracteriacutesticas mejoradas Las mejoras en el disentildeo del transmisor y
del receptor permitieron una reduccioacuten en el ancho de banda del
canal de FM de 25-30 KHz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
A finales de los 60rsquos y principios de los 70rsquos comenzoacute el trabajo
con los primeros sistemas de telefoniacutea celular
Las frecuencias no eran reutilizadas en ceacutelulas adyacentes para
evitar la interferencia en estos primeros sistemas celulares
En enero 1969 la Bell System aplicoacute por primera vez el reuso de
frecuencias en un servicio comercial para teleacutefonos puacuteblicos de la
liacutenea del tren de NY a Washington DC Para desarrollar este
sistema se utilizaron 6 canales en la banda de 450 MHz en nueve
zonas a lo largo de una ruta de 380 km
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Mientras que las comunicaciones de voz utilizaron el mismo FM
analoacutegico que se habiacutea estado usando desde la II Guerra Mundial
Dos Mejoras importantes hicieron el concepto celular realidad
A principios de los 70rsquos se inventoacute el microprocesador
aunque los algoritmos complejos de control se implantaban en
loacutegica con cables el microprocesador hizo maacutes faacutecil la vida de
todos
La segunda mejora fue en el uso de un enlace de control
digital entre el teleacutefono moacutevil y la estacioacuten base
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1973 Martin Cooper entonces trabajando para Motorola
presionoacute una tecla obtuvo sentildeal de marcacioacuten e hizo la primera
llamada desde un moacutevil en el mundo Cooper entroacute para la historia
no solo por ser el primer usuario sino tambieacuten por ser considerado
el inventor de este nuevo medio de comunicacioacuten
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El concepto de comunicaciones moacuteviles utilizando una red celular
nacioacute en 1947 en los Bell Laboratories el departamento de pesquisa
de ATampT el uacutenico operador norte-americano a la fecha Por
entonces la idea no era realizable debido a dificultades en la
concesioacuten de espectro de radio por parte de las autoridades Pero a
partir de 1960 los Bell Labs y Motorola empezaron a estudiar el
concepto y intentando ponerlo en praacutectica La carrera al celular fue
vencida por Motorola en el diacutea tres de Abril de 1973 gracias a los
esfuerzos de Cooper que pretendiacutea que las personas fuesen capaces
de transportar y utilizar su teleacutefono en todos los sitios
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El diacutea tres de Abril de 1973 Cooper estaba en la esquina de una
calle en Manhattan camino de una conferencia de prensa en un
hotel cuando decidioacute intentar hacer una llamada personal Cooper
cogioacute su terminal Dyna-Tac presionoacute la tecla para conectar el moacutevil
y el aparato logroacute conectarse a la red fija a traveacutes de la estacioacuten-base
instalada en el tope de un edificio Entonces Cooper marcoacute el
nuacutemero de su rival Joel Engel el responsable del departamento de
pesquisa de Bell Labs No obstante la introduccioacuten del primer
servicio comercial apenas sucedioacute en 1979 en Japoacuten y apenas en
1982 la FCC aproboacute en los Estados Unidos el lanzamiento por parte
de la empresa Ameritech del primer sistema moacutevil comercial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
No fue sino hasta marzo de 1977 cuando la FCC aproboacute que Bell
probara un sistema celular en Chicago
En 1978 en EEUU comenzoacute a operar el Servicio Telefoacutenico
Moacutevil Avanzado o Advanced Mobile Phone Service AMPS
En ese antildeo 10 ceacutelulas cubriacutean 355000 kms cuadrados en el aacuterea
de Chicago operando en las nuevas frecuencias en la banda de 800
MHz
Esta red utilizaba circuitos integrados LS una computadora
dedicada y un sistema de conmutacioacuten lo que proboacute que los
sistemas celulares podiacutean funcionar
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial La seleccioacuten y asignacioacuten de la banda de 800 MHz a la telefoniacutea
celular se basoacute en las limitaciones existentes en las otras bandas
del espectro
No era la banda de frecuencia maacutes idoacutenea pero con la tecnologiacutea
vigente del momento podiacutea desplegarse y ser implementada pero
sin ir maacutes allaacute de la misma Las tecnologiacuteas futuras permitieron
despliegues en bandas superiores
La FCC despueacutes de analizar todas las estrategias de factibilidad
mercado y eficiencias de operacioacuten decidioacute adjudicar en 1980 las
bandas de 800 MHz a dos (2) competidores dividiendo la misma
en bloques y denominaacutendolas Banda ldquoArdquo y Banda ldquoBrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT desarrolloacute un modelo junto con Motorola conocido como
Dyna-TACS o TACS que significa Total Access Communications
System el cual se puso en marcha en Baltimore y en Washington
DC por la compantildeiacutea Cellular One el 16 de diciembre de 1983
Otro estaacutendar que surgioacute fue el de AURORA-400 en Canadaacute en
febrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel Este sistema
llamado descentralizado opera en los 420 MHz y utilizaba 86
ceacutelulas funcionando mejor en aacutereas rurales por su poca capacidad
pero cobertura amplia
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Eacuteste es el primer teleacutefono celular de la historia el abuelo de los que conocemos en la actualidad Su nombre es
Motorola DynaTAC 8000X y aparecioacute por primera vez en el antildeo de 1983
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
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Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Componentes del Sistema Celular
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
Seguacuten las tablas del modelo ERLANG-B con los seis (6) canales
asignados y en utilizacioacuten por cada sistema se obtienen
probabilidades de bloqueo
B1 = 50 para el MJ y
B2 =30 para el MK
valores muy altos e inaceptables de desempentildeo para la
confiabilidad de obtencioacuten exitosa de la llamada iniciada
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Para reducir los valores de B el Mo (UsuariosCanal) debe ser lo
maacutes pequentildeo posible En relacioacuten a la utilizacioacuten eficiente del
espectro de frecuencias el sistema convencional era imposible
que pudiera cumplir partiendo que un solo canal de frecuencia
solo podiacutea servir a un usuario a la vez en toda el aacuterea de
cobertura
ldquoNecesidad de Mejora de los Servicios de Telefoniacutea
Moacutevilrdquo
Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Desde el principio de las telecomunicaciones dos han sido las
principales opciones para llevar a cabo una comunicacioacuten con o sin
hilos o lo que es lo mismo por cable o por el aire
En realidad ambas pueden participar en un mismo proceso
comunicativo
En las comunicaciones moacuteviles en las que emisor o receptor
estaacuten en movimiento la movilidad de los extremos de la
comunicacioacuten excluye casi por completo la utilizacioacuten de cables
para alcanzar dichos extremos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Por tanto utiliza baacutesicamente la comunicacioacuten viacutea radio Esta se
convierte en una de las mayores ventajas de la comunicacioacuten viacutea
radio la movilidad de los extremos de la conexioacuten
Otras bondades de las redes inalaacutembricas son el ancho de banda
que proporcionan
El raacutepido despliegue que conllevan al no tener que llevar a cabo
obra civil
Sin embargo el cable es maacutes inmune a amenazas externas como
el ruido o las escuchas no autorizadas y no tiene que competir con
otras fuentes por el espacio radioeleacutectrico
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT introdujo el primer servicio telefoacutenico moacutevil en los Estados
Unidos el 17 de junio de 1946 en San Luis Missouri El sistema
operaba con 6 canales en la banda de 150 MHz con un espacio entre
canales de 60 KHz y una antena muy potente
Este sistema se utilizoacute para interconectar usuarios moacuteviles
(usualmente autos) con la red telefoacutenica puacuteblica permitiendo asiacute
llamadas entre estaciones fijas y usuarios moacuteviles
Un antildeo despueacutes el servicio telefoacutenico moacutevil se ofrecioacute en maacutes de
25 ciudades de los EEUU y unos 44000 usuarios en total aunque
por desgracia habiacutea 22000 maacutes en una lista de espera de cinco antildeos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Estos sistemas telefoacutenicos moacuteviles se basaban en una transmisioacuten
de Frecuencia Modulada (FM)
La mayoriacutea de estos sistemas utilizaban un solo transmisor muy
poderoso para proveer cobertura a maacutes de 80 km desde la base
Los canales telefoacutenicos moacuteviles de FM evolucionaron a 120 KHz
del espectro para transmitir la voz con un ancho de banda de 3KHz
Aunque se esperaban mejoras en la estabilidad del transmisor en la
figura de ruido y en el ancho de banda del receptor
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La demanda para el servicio de telefoniacutea moacutevil crecioacute
raacutepidamente y permanecioacute por detraacutes de la capacidad disponible en
muchas de las ciudades de gran tamantildeo
ldquoEs increiacuteble que a pesar de la gran demanda que se
generoacute fue necesario que pasaran maacutes de 30 antildeos
(1946-1976) para cubrir las necesidades de telefoniacutea
moacutevilrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La capacidad del sistema era menor que el traacutefico que teniacutea que
soportar por ello la calidad del servicio era terrible las
probabilidades de bloqueo eran del 65 o maacutes altas La inutilidad
del teleacutefono moacutevil disminuyoacute la frecuencia de su uso ya que los
usuarios encontraron que era mejor prevenir no hablando en horas
picos
Los usuarios y las compantildeiacuteas telefoacutenicas se dieron cuenta que un
conjunto de canales no seriacutea suficiente para desarrollar un servicio
telefoacutenico moacutevil uacutetil Se necesitariacutean grandes bloques del espectro
para satisfacer la demanda en aacutereas urbanas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1949 la FCC (la FCC es la comisioacuten federal de
comunicaciones que es el organismo que regula las comunicaciones
en los EEUU) dispuso maacutes canales y la mitad se los dio a la
compantildeiacutea Bell System y la otra mitad a compantildeiacuteas independientes
como la RCC(Radio Common Carriers) con la intencioacuten de crear la
competencia y evitar los monopolios
Fue a mediados de los 50 cuando se creoacute el primer equipo para
viajar en auto de menor tamantildeo Esto sucedioacute en Estocolmo en las
oficinas centrales de Ericsson pero no fue sino 10 antildeos despueacutes
cuando los transistores redujeron en peso tamantildeo y potencia para
poder introducirlos al mercado
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1956 la Bell System comenzoacute a dar servicio en los 450 MHz
que era una nueva banda para tener una mayor capacidad
En 1958 la Richmond Radiotelephone Co mejoroacute su sistema de
marcado conectando raacutepidamente las llamadas de moacutevil a moacutevil
A mediados de los 60rsquos el Sistema Bell introdujo el Servicio
Telefoacutenico Moacutevil Mejorado (IMTS por sus siglas en ingleacutes) con
caracteriacutesticas mejoradas Las mejoras en el disentildeo del transmisor y
del receptor permitieron una reduccioacuten en el ancho de banda del
canal de FM de 25-30 KHz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
A finales de los 60rsquos y principios de los 70rsquos comenzoacute el trabajo
con los primeros sistemas de telefoniacutea celular
Las frecuencias no eran reutilizadas en ceacutelulas adyacentes para
evitar la interferencia en estos primeros sistemas celulares
En enero 1969 la Bell System aplicoacute por primera vez el reuso de
frecuencias en un servicio comercial para teleacutefonos puacuteblicos de la
liacutenea del tren de NY a Washington DC Para desarrollar este
sistema se utilizaron 6 canales en la banda de 450 MHz en nueve
zonas a lo largo de una ruta de 380 km
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Mientras que las comunicaciones de voz utilizaron el mismo FM
analoacutegico que se habiacutea estado usando desde la II Guerra Mundial
Dos Mejoras importantes hicieron el concepto celular realidad
A principios de los 70rsquos se inventoacute el microprocesador
aunque los algoritmos complejos de control se implantaban en
loacutegica con cables el microprocesador hizo maacutes faacutecil la vida de
todos
La segunda mejora fue en el uso de un enlace de control
digital entre el teleacutefono moacutevil y la estacioacuten base
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En 1973 Martin Cooper entonces trabajando para Motorola
presionoacute una tecla obtuvo sentildeal de marcacioacuten e hizo la primera
llamada desde un moacutevil en el mundo Cooper entroacute para la historia
no solo por ser el primer usuario sino tambieacuten por ser considerado
el inventor de este nuevo medio de comunicacioacuten
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El concepto de comunicaciones moacuteviles utilizando una red celular
nacioacute en 1947 en los Bell Laboratories el departamento de pesquisa
de ATampT el uacutenico operador norte-americano a la fecha Por
entonces la idea no era realizable debido a dificultades en la
concesioacuten de espectro de radio por parte de las autoridades Pero a
partir de 1960 los Bell Labs y Motorola empezaron a estudiar el
concepto y intentando ponerlo en praacutectica La carrera al celular fue
vencida por Motorola en el diacutea tres de Abril de 1973 gracias a los
esfuerzos de Cooper que pretendiacutea que las personas fuesen capaces
de transportar y utilizar su teleacutefono en todos los sitios
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El diacutea tres de Abril de 1973 Cooper estaba en la esquina de una
calle en Manhattan camino de una conferencia de prensa en un
hotel cuando decidioacute intentar hacer una llamada personal Cooper
cogioacute su terminal Dyna-Tac presionoacute la tecla para conectar el moacutevil
y el aparato logroacute conectarse a la red fija a traveacutes de la estacioacuten-base
instalada en el tope de un edificio Entonces Cooper marcoacute el
nuacutemero de su rival Joel Engel el responsable del departamento de
pesquisa de Bell Labs No obstante la introduccioacuten del primer
servicio comercial apenas sucedioacute en 1979 en Japoacuten y apenas en
1982 la FCC aproboacute en los Estados Unidos el lanzamiento por parte
de la empresa Ameritech del primer sistema moacutevil comercial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
No fue sino hasta marzo de 1977 cuando la FCC aproboacute que Bell
probara un sistema celular en Chicago
En 1978 en EEUU comenzoacute a operar el Servicio Telefoacutenico
Moacutevil Avanzado o Advanced Mobile Phone Service AMPS
En ese antildeo 10 ceacutelulas cubriacutean 355000 kms cuadrados en el aacuterea
de Chicago operando en las nuevas frecuencias en la banda de 800
MHz
Esta red utilizaba circuitos integrados LS una computadora
dedicada y un sistema de conmutacioacuten lo que proboacute que los
sistemas celulares podiacutean funcionar
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial La seleccioacuten y asignacioacuten de la banda de 800 MHz a la telefoniacutea
celular se basoacute en las limitaciones existentes en las otras bandas
del espectro
No era la banda de frecuencia maacutes idoacutenea pero con la tecnologiacutea
vigente del momento podiacutea desplegarse y ser implementada pero
sin ir maacutes allaacute de la misma Las tecnologiacuteas futuras permitieron
despliegues en bandas superiores
La FCC despueacutes de analizar todas las estrategias de factibilidad
mercado y eficiencias de operacioacuten decidioacute adjudicar en 1980 las
bandas de 800 MHz a dos (2) competidores dividiendo la misma
en bloques y denominaacutendolas Banda ldquoArdquo y Banda ldquoBrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT desarrolloacute un modelo junto con Motorola conocido como
Dyna-TACS o TACS que significa Total Access Communications
System el cual se puso en marcha en Baltimore y en Washington
DC por la compantildeiacutea Cellular One el 16 de diciembre de 1983
Otro estaacutendar que surgioacute fue el de AURORA-400 en Canadaacute en
febrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel Este sistema
llamado descentralizado opera en los 420 MHz y utilizaba 86
ceacutelulas funcionando mejor en aacutereas rurales por su poca capacidad
pero cobertura amplia
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Eacuteste es el primer teleacutefono celular de la historia el abuelo de los que conocemos en la actualidad Su nombre es
Motorola DynaTAC 8000X y aparecioacute por primera vez en el antildeo de 1983
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Para reducir los valores de B el Mo (UsuariosCanal) debe ser lo
maacutes pequentildeo posible En relacioacuten a la utilizacioacuten eficiente del
espectro de frecuencias el sistema convencional era imposible
que pudiera cumplir partiendo que un solo canal de frecuencia
solo podiacutea servir a un usuario a la vez en toda el aacuterea de
cobertura
ldquoNecesidad de Mejora de los Servicios de Telefoniacutea
Moacutevilrdquo
Sistemas Convencionales Utilizacioacuten ineficiente del espectro
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Desde el principio de las telecomunicaciones dos han sido las
principales opciones para llevar a cabo una comunicacioacuten con o sin
hilos o lo que es lo mismo por cable o por el aire
En realidad ambas pueden participar en un mismo proceso
comunicativo
En las comunicaciones moacuteviles en las que emisor o receptor
estaacuten en movimiento la movilidad de los extremos de la
comunicacioacuten excluye casi por completo la utilizacioacuten de cables
para alcanzar dichos extremos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Por tanto utiliza baacutesicamente la comunicacioacuten viacutea radio Esta se
convierte en una de las mayores ventajas de la comunicacioacuten viacutea
radio la movilidad de los extremos de la conexioacuten
Otras bondades de las redes inalaacutembricas son el ancho de banda
que proporcionan
El raacutepido despliegue que conllevan al no tener que llevar a cabo
obra civil
Sin embargo el cable es maacutes inmune a amenazas externas como
el ruido o las escuchas no autorizadas y no tiene que competir con
otras fuentes por el espacio radioeleacutectrico
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT introdujo el primer servicio telefoacutenico moacutevil en los Estados
Unidos el 17 de junio de 1946 en San Luis Missouri El sistema
operaba con 6 canales en la banda de 150 MHz con un espacio entre
canales de 60 KHz y una antena muy potente
Este sistema se utilizoacute para interconectar usuarios moacuteviles
(usualmente autos) con la red telefoacutenica puacuteblica permitiendo asiacute
llamadas entre estaciones fijas y usuarios moacuteviles
Un antildeo despueacutes el servicio telefoacutenico moacutevil se ofrecioacute en maacutes de
25 ciudades de los EEUU y unos 44000 usuarios en total aunque
por desgracia habiacutea 22000 maacutes en una lista de espera de cinco antildeos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Estos sistemas telefoacutenicos moacuteviles se basaban en una transmisioacuten
de Frecuencia Modulada (FM)
La mayoriacutea de estos sistemas utilizaban un solo transmisor muy
poderoso para proveer cobertura a maacutes de 80 km desde la base
Los canales telefoacutenicos moacuteviles de FM evolucionaron a 120 KHz
del espectro para transmitir la voz con un ancho de banda de 3KHz
Aunque se esperaban mejoras en la estabilidad del transmisor en la
figura de ruido y en el ancho de banda del receptor
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La demanda para el servicio de telefoniacutea moacutevil crecioacute
raacutepidamente y permanecioacute por detraacutes de la capacidad disponible en
muchas de las ciudades de gran tamantildeo
ldquoEs increiacuteble que a pesar de la gran demanda que se
generoacute fue necesario que pasaran maacutes de 30 antildeos
(1946-1976) para cubrir las necesidades de telefoniacutea
moacutevilrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La capacidad del sistema era menor que el traacutefico que teniacutea que
soportar por ello la calidad del servicio era terrible las
probabilidades de bloqueo eran del 65 o maacutes altas La inutilidad
del teleacutefono moacutevil disminuyoacute la frecuencia de su uso ya que los
usuarios encontraron que era mejor prevenir no hablando en horas
picos
Los usuarios y las compantildeiacuteas telefoacutenicas se dieron cuenta que un
conjunto de canales no seriacutea suficiente para desarrollar un servicio
telefoacutenico moacutevil uacutetil Se necesitariacutean grandes bloques del espectro
para satisfacer la demanda en aacutereas urbanas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1949 la FCC (la FCC es la comisioacuten federal de
comunicaciones que es el organismo que regula las comunicaciones
en los EEUU) dispuso maacutes canales y la mitad se los dio a la
compantildeiacutea Bell System y la otra mitad a compantildeiacuteas independientes
como la RCC(Radio Common Carriers) con la intencioacuten de crear la
competencia y evitar los monopolios
Fue a mediados de los 50 cuando se creoacute el primer equipo para
viajar en auto de menor tamantildeo Esto sucedioacute en Estocolmo en las
oficinas centrales de Ericsson pero no fue sino 10 antildeos despueacutes
cuando los transistores redujeron en peso tamantildeo y potencia para
poder introducirlos al mercado
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1956 la Bell System comenzoacute a dar servicio en los 450 MHz
que era una nueva banda para tener una mayor capacidad
En 1958 la Richmond Radiotelephone Co mejoroacute su sistema de
marcado conectando raacutepidamente las llamadas de moacutevil a moacutevil
A mediados de los 60rsquos el Sistema Bell introdujo el Servicio
Telefoacutenico Moacutevil Mejorado (IMTS por sus siglas en ingleacutes) con
caracteriacutesticas mejoradas Las mejoras en el disentildeo del transmisor y
del receptor permitieron una reduccioacuten en el ancho de banda del
canal de FM de 25-30 KHz
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A finales de los 60rsquos y principios de los 70rsquos comenzoacute el trabajo
con los primeros sistemas de telefoniacutea celular
Las frecuencias no eran reutilizadas en ceacutelulas adyacentes para
evitar la interferencia en estos primeros sistemas celulares
En enero 1969 la Bell System aplicoacute por primera vez el reuso de
frecuencias en un servicio comercial para teleacutefonos puacuteblicos de la
liacutenea del tren de NY a Washington DC Para desarrollar este
sistema se utilizaron 6 canales en la banda de 450 MHz en nueve
zonas a lo largo de una ruta de 380 km
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Mientras que las comunicaciones de voz utilizaron el mismo FM
analoacutegico que se habiacutea estado usando desde la II Guerra Mundial
Dos Mejoras importantes hicieron el concepto celular realidad
A principios de los 70rsquos se inventoacute el microprocesador
aunque los algoritmos complejos de control se implantaban en
loacutegica con cables el microprocesador hizo maacutes faacutecil la vida de
todos
La segunda mejora fue en el uso de un enlace de control
digital entre el teleacutefono moacutevil y la estacioacuten base
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1973 Martin Cooper entonces trabajando para Motorola
presionoacute una tecla obtuvo sentildeal de marcacioacuten e hizo la primera
llamada desde un moacutevil en el mundo Cooper entroacute para la historia
no solo por ser el primer usuario sino tambieacuten por ser considerado
el inventor de este nuevo medio de comunicacioacuten
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El concepto de comunicaciones moacuteviles utilizando una red celular
nacioacute en 1947 en los Bell Laboratories el departamento de pesquisa
de ATampT el uacutenico operador norte-americano a la fecha Por
entonces la idea no era realizable debido a dificultades en la
concesioacuten de espectro de radio por parte de las autoridades Pero a
partir de 1960 los Bell Labs y Motorola empezaron a estudiar el
concepto y intentando ponerlo en praacutectica La carrera al celular fue
vencida por Motorola en el diacutea tres de Abril de 1973 gracias a los
esfuerzos de Cooper que pretendiacutea que las personas fuesen capaces
de transportar y utilizar su teleacutefono en todos los sitios
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El diacutea tres de Abril de 1973 Cooper estaba en la esquina de una
calle en Manhattan camino de una conferencia de prensa en un
hotel cuando decidioacute intentar hacer una llamada personal Cooper
cogioacute su terminal Dyna-Tac presionoacute la tecla para conectar el moacutevil
y el aparato logroacute conectarse a la red fija a traveacutes de la estacioacuten-base
instalada en el tope de un edificio Entonces Cooper marcoacute el
nuacutemero de su rival Joel Engel el responsable del departamento de
pesquisa de Bell Labs No obstante la introduccioacuten del primer
servicio comercial apenas sucedioacute en 1979 en Japoacuten y apenas en
1982 la FCC aproboacute en los Estados Unidos el lanzamiento por parte
de la empresa Ameritech del primer sistema moacutevil comercial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
No fue sino hasta marzo de 1977 cuando la FCC aproboacute que Bell
probara un sistema celular en Chicago
En 1978 en EEUU comenzoacute a operar el Servicio Telefoacutenico
Moacutevil Avanzado o Advanced Mobile Phone Service AMPS
En ese antildeo 10 ceacutelulas cubriacutean 355000 kms cuadrados en el aacuterea
de Chicago operando en las nuevas frecuencias en la banda de 800
MHz
Esta red utilizaba circuitos integrados LS una computadora
dedicada y un sistema de conmutacioacuten lo que proboacute que los
sistemas celulares podiacutean funcionar
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial La seleccioacuten y asignacioacuten de la banda de 800 MHz a la telefoniacutea
celular se basoacute en las limitaciones existentes en las otras bandas
del espectro
No era la banda de frecuencia maacutes idoacutenea pero con la tecnologiacutea
vigente del momento podiacutea desplegarse y ser implementada pero
sin ir maacutes allaacute de la misma Las tecnologiacuteas futuras permitieron
despliegues en bandas superiores
La FCC despueacutes de analizar todas las estrategias de factibilidad
mercado y eficiencias de operacioacuten decidioacute adjudicar en 1980 las
bandas de 800 MHz a dos (2) competidores dividiendo la misma
en bloques y denominaacutendolas Banda ldquoArdquo y Banda ldquoBrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT desarrolloacute un modelo junto con Motorola conocido como
Dyna-TACS o TACS que significa Total Access Communications
System el cual se puso en marcha en Baltimore y en Washington
DC por la compantildeiacutea Cellular One el 16 de diciembre de 1983
Otro estaacutendar que surgioacute fue el de AURORA-400 en Canadaacute en
febrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel Este sistema
llamado descentralizado opera en los 420 MHz y utilizaba 86
ceacutelulas funcionando mejor en aacutereas rurales por su poca capacidad
pero cobertura amplia
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Eacuteste es el primer teleacutefono celular de la historia el abuelo de los que conocemos en la actualidad Su nombre es
Motorola DynaTAC 8000X y aparecioacute por primera vez en el antildeo de 1983
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
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Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Desde el principio de las telecomunicaciones dos han sido las
principales opciones para llevar a cabo una comunicacioacuten con o sin
hilos o lo que es lo mismo por cable o por el aire
En realidad ambas pueden participar en un mismo proceso
comunicativo
En las comunicaciones moacuteviles en las que emisor o receptor
estaacuten en movimiento la movilidad de los extremos de la
comunicacioacuten excluye casi por completo la utilizacioacuten de cables
para alcanzar dichos extremos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Por tanto utiliza baacutesicamente la comunicacioacuten viacutea radio Esta se
convierte en una de las mayores ventajas de la comunicacioacuten viacutea
radio la movilidad de los extremos de la conexioacuten
Otras bondades de las redes inalaacutembricas son el ancho de banda
que proporcionan
El raacutepido despliegue que conllevan al no tener que llevar a cabo
obra civil
Sin embargo el cable es maacutes inmune a amenazas externas como
el ruido o las escuchas no autorizadas y no tiene que competir con
otras fuentes por el espacio radioeleacutectrico
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT introdujo el primer servicio telefoacutenico moacutevil en los Estados
Unidos el 17 de junio de 1946 en San Luis Missouri El sistema
operaba con 6 canales en la banda de 150 MHz con un espacio entre
canales de 60 KHz y una antena muy potente
Este sistema se utilizoacute para interconectar usuarios moacuteviles
(usualmente autos) con la red telefoacutenica puacuteblica permitiendo asiacute
llamadas entre estaciones fijas y usuarios moacuteviles
Un antildeo despueacutes el servicio telefoacutenico moacutevil se ofrecioacute en maacutes de
25 ciudades de los EEUU y unos 44000 usuarios en total aunque
por desgracia habiacutea 22000 maacutes en una lista de espera de cinco antildeos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Estos sistemas telefoacutenicos moacuteviles se basaban en una transmisioacuten
de Frecuencia Modulada (FM)
La mayoriacutea de estos sistemas utilizaban un solo transmisor muy
poderoso para proveer cobertura a maacutes de 80 km desde la base
Los canales telefoacutenicos moacuteviles de FM evolucionaron a 120 KHz
del espectro para transmitir la voz con un ancho de banda de 3KHz
Aunque se esperaban mejoras en la estabilidad del transmisor en la
figura de ruido y en el ancho de banda del receptor
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La demanda para el servicio de telefoniacutea moacutevil crecioacute
raacutepidamente y permanecioacute por detraacutes de la capacidad disponible en
muchas de las ciudades de gran tamantildeo
ldquoEs increiacuteble que a pesar de la gran demanda que se
generoacute fue necesario que pasaran maacutes de 30 antildeos
(1946-1976) para cubrir las necesidades de telefoniacutea
moacutevilrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La capacidad del sistema era menor que el traacutefico que teniacutea que
soportar por ello la calidad del servicio era terrible las
probabilidades de bloqueo eran del 65 o maacutes altas La inutilidad
del teleacutefono moacutevil disminuyoacute la frecuencia de su uso ya que los
usuarios encontraron que era mejor prevenir no hablando en horas
picos
Los usuarios y las compantildeiacuteas telefoacutenicas se dieron cuenta que un
conjunto de canales no seriacutea suficiente para desarrollar un servicio
telefoacutenico moacutevil uacutetil Se necesitariacutean grandes bloques del espectro
para satisfacer la demanda en aacutereas urbanas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1949 la FCC (la FCC es la comisioacuten federal de
comunicaciones que es el organismo que regula las comunicaciones
en los EEUU) dispuso maacutes canales y la mitad se los dio a la
compantildeiacutea Bell System y la otra mitad a compantildeiacuteas independientes
como la RCC(Radio Common Carriers) con la intencioacuten de crear la
competencia y evitar los monopolios
Fue a mediados de los 50 cuando se creoacute el primer equipo para
viajar en auto de menor tamantildeo Esto sucedioacute en Estocolmo en las
oficinas centrales de Ericsson pero no fue sino 10 antildeos despueacutes
cuando los transistores redujeron en peso tamantildeo y potencia para
poder introducirlos al mercado
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1956 la Bell System comenzoacute a dar servicio en los 450 MHz
que era una nueva banda para tener una mayor capacidad
En 1958 la Richmond Radiotelephone Co mejoroacute su sistema de
marcado conectando raacutepidamente las llamadas de moacutevil a moacutevil
A mediados de los 60rsquos el Sistema Bell introdujo el Servicio
Telefoacutenico Moacutevil Mejorado (IMTS por sus siglas en ingleacutes) con
caracteriacutesticas mejoradas Las mejoras en el disentildeo del transmisor y
del receptor permitieron una reduccioacuten en el ancho de banda del
canal de FM de 25-30 KHz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
A finales de los 60rsquos y principios de los 70rsquos comenzoacute el trabajo
con los primeros sistemas de telefoniacutea celular
Las frecuencias no eran reutilizadas en ceacutelulas adyacentes para
evitar la interferencia en estos primeros sistemas celulares
En enero 1969 la Bell System aplicoacute por primera vez el reuso de
frecuencias en un servicio comercial para teleacutefonos puacuteblicos de la
liacutenea del tren de NY a Washington DC Para desarrollar este
sistema se utilizaron 6 canales en la banda de 450 MHz en nueve
zonas a lo largo de una ruta de 380 km
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Mientras que las comunicaciones de voz utilizaron el mismo FM
analoacutegico que se habiacutea estado usando desde la II Guerra Mundial
Dos Mejoras importantes hicieron el concepto celular realidad
A principios de los 70rsquos se inventoacute el microprocesador
aunque los algoritmos complejos de control se implantaban en
loacutegica con cables el microprocesador hizo maacutes faacutecil la vida de
todos
La segunda mejora fue en el uso de un enlace de control
digital entre el teleacutefono moacutevil y la estacioacuten base
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1973 Martin Cooper entonces trabajando para Motorola
presionoacute una tecla obtuvo sentildeal de marcacioacuten e hizo la primera
llamada desde un moacutevil en el mundo Cooper entroacute para la historia
no solo por ser el primer usuario sino tambieacuten por ser considerado
el inventor de este nuevo medio de comunicacioacuten
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El concepto de comunicaciones moacuteviles utilizando una red celular
nacioacute en 1947 en los Bell Laboratories el departamento de pesquisa
de ATampT el uacutenico operador norte-americano a la fecha Por
entonces la idea no era realizable debido a dificultades en la
concesioacuten de espectro de radio por parte de las autoridades Pero a
partir de 1960 los Bell Labs y Motorola empezaron a estudiar el
concepto y intentando ponerlo en praacutectica La carrera al celular fue
vencida por Motorola en el diacutea tres de Abril de 1973 gracias a los
esfuerzos de Cooper que pretendiacutea que las personas fuesen capaces
de transportar y utilizar su teleacutefono en todos los sitios
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El diacutea tres de Abril de 1973 Cooper estaba en la esquina de una
calle en Manhattan camino de una conferencia de prensa en un
hotel cuando decidioacute intentar hacer una llamada personal Cooper
cogioacute su terminal Dyna-Tac presionoacute la tecla para conectar el moacutevil
y el aparato logroacute conectarse a la red fija a traveacutes de la estacioacuten-base
instalada en el tope de un edificio Entonces Cooper marcoacute el
nuacutemero de su rival Joel Engel el responsable del departamento de
pesquisa de Bell Labs No obstante la introduccioacuten del primer
servicio comercial apenas sucedioacute en 1979 en Japoacuten y apenas en
1982 la FCC aproboacute en los Estados Unidos el lanzamiento por parte
de la empresa Ameritech del primer sistema moacutevil comercial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
No fue sino hasta marzo de 1977 cuando la FCC aproboacute que Bell
probara un sistema celular en Chicago
En 1978 en EEUU comenzoacute a operar el Servicio Telefoacutenico
Moacutevil Avanzado o Advanced Mobile Phone Service AMPS
En ese antildeo 10 ceacutelulas cubriacutean 355000 kms cuadrados en el aacuterea
de Chicago operando en las nuevas frecuencias en la banda de 800
MHz
Esta red utilizaba circuitos integrados LS una computadora
dedicada y un sistema de conmutacioacuten lo que proboacute que los
sistemas celulares podiacutean funcionar
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial La seleccioacuten y asignacioacuten de la banda de 800 MHz a la telefoniacutea
celular se basoacute en las limitaciones existentes en las otras bandas
del espectro
No era la banda de frecuencia maacutes idoacutenea pero con la tecnologiacutea
vigente del momento podiacutea desplegarse y ser implementada pero
sin ir maacutes allaacute de la misma Las tecnologiacuteas futuras permitieron
despliegues en bandas superiores
La FCC despueacutes de analizar todas las estrategias de factibilidad
mercado y eficiencias de operacioacuten decidioacute adjudicar en 1980 las
bandas de 800 MHz a dos (2) competidores dividiendo la misma
en bloques y denominaacutendolas Banda ldquoArdquo y Banda ldquoBrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT desarrolloacute un modelo junto con Motorola conocido como
Dyna-TACS o TACS que significa Total Access Communications
System el cual se puso en marcha en Baltimore y en Washington
DC por la compantildeiacutea Cellular One el 16 de diciembre de 1983
Otro estaacutendar que surgioacute fue el de AURORA-400 en Canadaacute en
febrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel Este sistema
llamado descentralizado opera en los 420 MHz y utilizaba 86
ceacutelulas funcionando mejor en aacutereas rurales por su poca capacidad
pero cobertura amplia
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Eacuteste es el primer teleacutefono celular de la historia el abuelo de los que conocemos en la actualidad Su nombre es
Motorola DynaTAC 8000X y aparecioacute por primera vez en el antildeo de 1983
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Desde el principio de las telecomunicaciones dos han sido las
principales opciones para llevar a cabo una comunicacioacuten con o sin
hilos o lo que es lo mismo por cable o por el aire
En realidad ambas pueden participar en un mismo proceso
comunicativo
En las comunicaciones moacuteviles en las que emisor o receptor
estaacuten en movimiento la movilidad de los extremos de la
comunicacioacuten excluye casi por completo la utilizacioacuten de cables
para alcanzar dichos extremos
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Por tanto utiliza baacutesicamente la comunicacioacuten viacutea radio Esta se
convierte en una de las mayores ventajas de la comunicacioacuten viacutea
radio la movilidad de los extremos de la conexioacuten
Otras bondades de las redes inalaacutembricas son el ancho de banda
que proporcionan
El raacutepido despliegue que conllevan al no tener que llevar a cabo
obra civil
Sin embargo el cable es maacutes inmune a amenazas externas como
el ruido o las escuchas no autorizadas y no tiene que competir con
otras fuentes por el espacio radioeleacutectrico
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ATampT introdujo el primer servicio telefoacutenico moacutevil en los Estados
Unidos el 17 de junio de 1946 en San Luis Missouri El sistema
operaba con 6 canales en la banda de 150 MHz con un espacio entre
canales de 60 KHz y una antena muy potente
Este sistema se utilizoacute para interconectar usuarios moacuteviles
(usualmente autos) con la red telefoacutenica puacuteblica permitiendo asiacute
llamadas entre estaciones fijas y usuarios moacuteviles
Un antildeo despueacutes el servicio telefoacutenico moacutevil se ofrecioacute en maacutes de
25 ciudades de los EEUU y unos 44000 usuarios en total aunque
por desgracia habiacutea 22000 maacutes en una lista de espera de cinco antildeos
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Estos sistemas telefoacutenicos moacuteviles se basaban en una transmisioacuten
de Frecuencia Modulada (FM)
La mayoriacutea de estos sistemas utilizaban un solo transmisor muy
poderoso para proveer cobertura a maacutes de 80 km desde la base
Los canales telefoacutenicos moacuteviles de FM evolucionaron a 120 KHz
del espectro para transmitir la voz con un ancho de banda de 3KHz
Aunque se esperaban mejoras en la estabilidad del transmisor en la
figura de ruido y en el ancho de banda del receptor
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La demanda para el servicio de telefoniacutea moacutevil crecioacute
raacutepidamente y permanecioacute por detraacutes de la capacidad disponible en
muchas de las ciudades de gran tamantildeo
ldquoEs increiacuteble que a pesar de la gran demanda que se
generoacute fue necesario que pasaran maacutes de 30 antildeos
(1946-1976) para cubrir las necesidades de telefoniacutea
moacutevilrdquo
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La capacidad del sistema era menor que el traacutefico que teniacutea que
soportar por ello la calidad del servicio era terrible las
probabilidades de bloqueo eran del 65 o maacutes altas La inutilidad
del teleacutefono moacutevil disminuyoacute la frecuencia de su uso ya que los
usuarios encontraron que era mejor prevenir no hablando en horas
picos
Los usuarios y las compantildeiacuteas telefoacutenicas se dieron cuenta que un
conjunto de canales no seriacutea suficiente para desarrollar un servicio
telefoacutenico moacutevil uacutetil Se necesitariacutean grandes bloques del espectro
para satisfacer la demanda en aacutereas urbanas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1949 la FCC (la FCC es la comisioacuten federal de
comunicaciones que es el organismo que regula las comunicaciones
en los EEUU) dispuso maacutes canales y la mitad se los dio a la
compantildeiacutea Bell System y la otra mitad a compantildeiacuteas independientes
como la RCC(Radio Common Carriers) con la intencioacuten de crear la
competencia y evitar los monopolios
Fue a mediados de los 50 cuando se creoacute el primer equipo para
viajar en auto de menor tamantildeo Esto sucedioacute en Estocolmo en las
oficinas centrales de Ericsson pero no fue sino 10 antildeos despueacutes
cuando los transistores redujeron en peso tamantildeo y potencia para
poder introducirlos al mercado
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En 1956 la Bell System comenzoacute a dar servicio en los 450 MHz
que era una nueva banda para tener una mayor capacidad
En 1958 la Richmond Radiotelephone Co mejoroacute su sistema de
marcado conectando raacutepidamente las llamadas de moacutevil a moacutevil
A mediados de los 60rsquos el Sistema Bell introdujo el Servicio
Telefoacutenico Moacutevil Mejorado (IMTS por sus siglas en ingleacutes) con
caracteriacutesticas mejoradas Las mejoras en el disentildeo del transmisor y
del receptor permitieron una reduccioacuten en el ancho de banda del
canal de FM de 25-30 KHz
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A finales de los 60rsquos y principios de los 70rsquos comenzoacute el trabajo
con los primeros sistemas de telefoniacutea celular
Las frecuencias no eran reutilizadas en ceacutelulas adyacentes para
evitar la interferencia en estos primeros sistemas celulares
En enero 1969 la Bell System aplicoacute por primera vez el reuso de
frecuencias en un servicio comercial para teleacutefonos puacuteblicos de la
liacutenea del tren de NY a Washington DC Para desarrollar este
sistema se utilizaron 6 canales en la banda de 450 MHz en nueve
zonas a lo largo de una ruta de 380 km
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Mientras que las comunicaciones de voz utilizaron el mismo FM
analoacutegico que se habiacutea estado usando desde la II Guerra Mundial
Dos Mejoras importantes hicieron el concepto celular realidad
A principios de los 70rsquos se inventoacute el microprocesador
aunque los algoritmos complejos de control se implantaban en
loacutegica con cables el microprocesador hizo maacutes faacutecil la vida de
todos
La segunda mejora fue en el uso de un enlace de control
digital entre el teleacutefono moacutevil y la estacioacuten base
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En 1973 Martin Cooper entonces trabajando para Motorola
presionoacute una tecla obtuvo sentildeal de marcacioacuten e hizo la primera
llamada desde un moacutevil en el mundo Cooper entroacute para la historia
no solo por ser el primer usuario sino tambieacuten por ser considerado
el inventor de este nuevo medio de comunicacioacuten
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El concepto de comunicaciones moacuteviles utilizando una red celular
nacioacute en 1947 en los Bell Laboratories el departamento de pesquisa
de ATampT el uacutenico operador norte-americano a la fecha Por
entonces la idea no era realizable debido a dificultades en la
concesioacuten de espectro de radio por parte de las autoridades Pero a
partir de 1960 los Bell Labs y Motorola empezaron a estudiar el
concepto y intentando ponerlo en praacutectica La carrera al celular fue
vencida por Motorola en el diacutea tres de Abril de 1973 gracias a los
esfuerzos de Cooper que pretendiacutea que las personas fuesen capaces
de transportar y utilizar su teleacutefono en todos los sitios
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El diacutea tres de Abril de 1973 Cooper estaba en la esquina de una
calle en Manhattan camino de una conferencia de prensa en un
hotel cuando decidioacute intentar hacer una llamada personal Cooper
cogioacute su terminal Dyna-Tac presionoacute la tecla para conectar el moacutevil
y el aparato logroacute conectarse a la red fija a traveacutes de la estacioacuten-base
instalada en el tope de un edificio Entonces Cooper marcoacute el
nuacutemero de su rival Joel Engel el responsable del departamento de
pesquisa de Bell Labs No obstante la introduccioacuten del primer
servicio comercial apenas sucedioacute en 1979 en Japoacuten y apenas en
1982 la FCC aproboacute en los Estados Unidos el lanzamiento por parte
de la empresa Ameritech del primer sistema moacutevil comercial
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No fue sino hasta marzo de 1977 cuando la FCC aproboacute que Bell
probara un sistema celular en Chicago
En 1978 en EEUU comenzoacute a operar el Servicio Telefoacutenico
Moacutevil Avanzado o Advanced Mobile Phone Service AMPS
En ese antildeo 10 ceacutelulas cubriacutean 355000 kms cuadrados en el aacuterea
de Chicago operando en las nuevas frecuencias en la banda de 800
MHz
Esta red utilizaba circuitos integrados LS una computadora
dedicada y un sistema de conmutacioacuten lo que proboacute que los
sistemas celulares podiacutean funcionar
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial La seleccioacuten y asignacioacuten de la banda de 800 MHz a la telefoniacutea
celular se basoacute en las limitaciones existentes en las otras bandas
del espectro
No era la banda de frecuencia maacutes idoacutenea pero con la tecnologiacutea
vigente del momento podiacutea desplegarse y ser implementada pero
sin ir maacutes allaacute de la misma Las tecnologiacuteas futuras permitieron
despliegues en bandas superiores
La FCC despueacutes de analizar todas las estrategias de factibilidad
mercado y eficiencias de operacioacuten decidioacute adjudicar en 1980 las
bandas de 800 MHz a dos (2) competidores dividiendo la misma
en bloques y denominaacutendolas Banda ldquoArdquo y Banda ldquoBrdquo
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ATampT desarrolloacute un modelo junto con Motorola conocido como
Dyna-TACS o TACS que significa Total Access Communications
System el cual se puso en marcha en Baltimore y en Washington
DC por la compantildeiacutea Cellular One el 16 de diciembre de 1983
Otro estaacutendar que surgioacute fue el de AURORA-400 en Canadaacute en
febrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel Este sistema
llamado descentralizado opera en los 420 MHz y utilizaba 86
ceacutelulas funcionando mejor en aacutereas rurales por su poca capacidad
pero cobertura amplia
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Eacuteste es el primer teleacutefono celular de la historia el abuelo de los que conocemos en la actualidad Su nombre es
Motorola DynaTAC 8000X y aparecioacute por primera vez en el antildeo de 1983
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En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Por tanto utiliza baacutesicamente la comunicacioacuten viacutea radio Esta se
convierte en una de las mayores ventajas de la comunicacioacuten viacutea
radio la movilidad de los extremos de la conexioacuten
Otras bondades de las redes inalaacutembricas son el ancho de banda
que proporcionan
El raacutepido despliegue que conllevan al no tener que llevar a cabo
obra civil
Sin embargo el cable es maacutes inmune a amenazas externas como
el ruido o las escuchas no autorizadas y no tiene que competir con
otras fuentes por el espacio radioeleacutectrico
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT introdujo el primer servicio telefoacutenico moacutevil en los Estados
Unidos el 17 de junio de 1946 en San Luis Missouri El sistema
operaba con 6 canales en la banda de 150 MHz con un espacio entre
canales de 60 KHz y una antena muy potente
Este sistema se utilizoacute para interconectar usuarios moacuteviles
(usualmente autos) con la red telefoacutenica puacuteblica permitiendo asiacute
llamadas entre estaciones fijas y usuarios moacuteviles
Un antildeo despueacutes el servicio telefoacutenico moacutevil se ofrecioacute en maacutes de
25 ciudades de los EEUU y unos 44000 usuarios en total aunque
por desgracia habiacutea 22000 maacutes en una lista de espera de cinco antildeos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Estos sistemas telefoacutenicos moacuteviles se basaban en una transmisioacuten
de Frecuencia Modulada (FM)
La mayoriacutea de estos sistemas utilizaban un solo transmisor muy
poderoso para proveer cobertura a maacutes de 80 km desde la base
Los canales telefoacutenicos moacuteviles de FM evolucionaron a 120 KHz
del espectro para transmitir la voz con un ancho de banda de 3KHz
Aunque se esperaban mejoras en la estabilidad del transmisor en la
figura de ruido y en el ancho de banda del receptor
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La demanda para el servicio de telefoniacutea moacutevil crecioacute
raacutepidamente y permanecioacute por detraacutes de la capacidad disponible en
muchas de las ciudades de gran tamantildeo
ldquoEs increiacuteble que a pesar de la gran demanda que se
generoacute fue necesario que pasaran maacutes de 30 antildeos
(1946-1976) para cubrir las necesidades de telefoniacutea
moacutevilrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La capacidad del sistema era menor que el traacutefico que teniacutea que
soportar por ello la calidad del servicio era terrible las
probabilidades de bloqueo eran del 65 o maacutes altas La inutilidad
del teleacutefono moacutevil disminuyoacute la frecuencia de su uso ya que los
usuarios encontraron que era mejor prevenir no hablando en horas
picos
Los usuarios y las compantildeiacuteas telefoacutenicas se dieron cuenta que un
conjunto de canales no seriacutea suficiente para desarrollar un servicio
telefoacutenico moacutevil uacutetil Se necesitariacutean grandes bloques del espectro
para satisfacer la demanda en aacutereas urbanas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1949 la FCC (la FCC es la comisioacuten federal de
comunicaciones que es el organismo que regula las comunicaciones
en los EEUU) dispuso maacutes canales y la mitad se los dio a la
compantildeiacutea Bell System y la otra mitad a compantildeiacuteas independientes
como la RCC(Radio Common Carriers) con la intencioacuten de crear la
competencia y evitar los monopolios
Fue a mediados de los 50 cuando se creoacute el primer equipo para
viajar en auto de menor tamantildeo Esto sucedioacute en Estocolmo en las
oficinas centrales de Ericsson pero no fue sino 10 antildeos despueacutes
cuando los transistores redujeron en peso tamantildeo y potencia para
poder introducirlos al mercado
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1956 la Bell System comenzoacute a dar servicio en los 450 MHz
que era una nueva banda para tener una mayor capacidad
En 1958 la Richmond Radiotelephone Co mejoroacute su sistema de
marcado conectando raacutepidamente las llamadas de moacutevil a moacutevil
A mediados de los 60rsquos el Sistema Bell introdujo el Servicio
Telefoacutenico Moacutevil Mejorado (IMTS por sus siglas en ingleacutes) con
caracteriacutesticas mejoradas Las mejoras en el disentildeo del transmisor y
del receptor permitieron una reduccioacuten en el ancho de banda del
canal de FM de 25-30 KHz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
A finales de los 60rsquos y principios de los 70rsquos comenzoacute el trabajo
con los primeros sistemas de telefoniacutea celular
Las frecuencias no eran reutilizadas en ceacutelulas adyacentes para
evitar la interferencia en estos primeros sistemas celulares
En enero 1969 la Bell System aplicoacute por primera vez el reuso de
frecuencias en un servicio comercial para teleacutefonos puacuteblicos de la
liacutenea del tren de NY a Washington DC Para desarrollar este
sistema se utilizaron 6 canales en la banda de 450 MHz en nueve
zonas a lo largo de una ruta de 380 km
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Mientras que las comunicaciones de voz utilizaron el mismo FM
analoacutegico que se habiacutea estado usando desde la II Guerra Mundial
Dos Mejoras importantes hicieron el concepto celular realidad
A principios de los 70rsquos se inventoacute el microprocesador
aunque los algoritmos complejos de control se implantaban en
loacutegica con cables el microprocesador hizo maacutes faacutecil la vida de
todos
La segunda mejora fue en el uso de un enlace de control
digital entre el teleacutefono moacutevil y la estacioacuten base
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1973 Martin Cooper entonces trabajando para Motorola
presionoacute una tecla obtuvo sentildeal de marcacioacuten e hizo la primera
llamada desde un moacutevil en el mundo Cooper entroacute para la historia
no solo por ser el primer usuario sino tambieacuten por ser considerado
el inventor de este nuevo medio de comunicacioacuten
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El concepto de comunicaciones moacuteviles utilizando una red celular
nacioacute en 1947 en los Bell Laboratories el departamento de pesquisa
de ATampT el uacutenico operador norte-americano a la fecha Por
entonces la idea no era realizable debido a dificultades en la
concesioacuten de espectro de radio por parte de las autoridades Pero a
partir de 1960 los Bell Labs y Motorola empezaron a estudiar el
concepto y intentando ponerlo en praacutectica La carrera al celular fue
vencida por Motorola en el diacutea tres de Abril de 1973 gracias a los
esfuerzos de Cooper que pretendiacutea que las personas fuesen capaces
de transportar y utilizar su teleacutefono en todos los sitios
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El diacutea tres de Abril de 1973 Cooper estaba en la esquina de una
calle en Manhattan camino de una conferencia de prensa en un
hotel cuando decidioacute intentar hacer una llamada personal Cooper
cogioacute su terminal Dyna-Tac presionoacute la tecla para conectar el moacutevil
y el aparato logroacute conectarse a la red fija a traveacutes de la estacioacuten-base
instalada en el tope de un edificio Entonces Cooper marcoacute el
nuacutemero de su rival Joel Engel el responsable del departamento de
pesquisa de Bell Labs No obstante la introduccioacuten del primer
servicio comercial apenas sucedioacute en 1979 en Japoacuten y apenas en
1982 la FCC aproboacute en los Estados Unidos el lanzamiento por parte
de la empresa Ameritech del primer sistema moacutevil comercial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
No fue sino hasta marzo de 1977 cuando la FCC aproboacute que Bell
probara un sistema celular en Chicago
En 1978 en EEUU comenzoacute a operar el Servicio Telefoacutenico
Moacutevil Avanzado o Advanced Mobile Phone Service AMPS
En ese antildeo 10 ceacutelulas cubriacutean 355000 kms cuadrados en el aacuterea
de Chicago operando en las nuevas frecuencias en la banda de 800
MHz
Esta red utilizaba circuitos integrados LS una computadora
dedicada y un sistema de conmutacioacuten lo que proboacute que los
sistemas celulares podiacutean funcionar
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial La seleccioacuten y asignacioacuten de la banda de 800 MHz a la telefoniacutea
celular se basoacute en las limitaciones existentes en las otras bandas
del espectro
No era la banda de frecuencia maacutes idoacutenea pero con la tecnologiacutea
vigente del momento podiacutea desplegarse y ser implementada pero
sin ir maacutes allaacute de la misma Las tecnologiacuteas futuras permitieron
despliegues en bandas superiores
La FCC despueacutes de analizar todas las estrategias de factibilidad
mercado y eficiencias de operacioacuten decidioacute adjudicar en 1980 las
bandas de 800 MHz a dos (2) competidores dividiendo la misma
en bloques y denominaacutendolas Banda ldquoArdquo y Banda ldquoBrdquo
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ATampT desarrolloacute un modelo junto con Motorola conocido como
Dyna-TACS o TACS que significa Total Access Communications
System el cual se puso en marcha en Baltimore y en Washington
DC por la compantildeiacutea Cellular One el 16 de diciembre de 1983
Otro estaacutendar que surgioacute fue el de AURORA-400 en Canadaacute en
febrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel Este sistema
llamado descentralizado opera en los 420 MHz y utilizaba 86
ceacutelulas funcionando mejor en aacutereas rurales por su poca capacidad
pero cobertura amplia
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Eacuteste es el primer teleacutefono celular de la historia el abuelo de los que conocemos en la actualidad Su nombre es
Motorola DynaTAC 8000X y aparecioacute por primera vez en el antildeo de 1983
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT introdujo el primer servicio telefoacutenico moacutevil en los Estados
Unidos el 17 de junio de 1946 en San Luis Missouri El sistema
operaba con 6 canales en la banda de 150 MHz con un espacio entre
canales de 60 KHz y una antena muy potente
Este sistema se utilizoacute para interconectar usuarios moacuteviles
(usualmente autos) con la red telefoacutenica puacuteblica permitiendo asiacute
llamadas entre estaciones fijas y usuarios moacuteviles
Un antildeo despueacutes el servicio telefoacutenico moacutevil se ofrecioacute en maacutes de
25 ciudades de los EEUU y unos 44000 usuarios en total aunque
por desgracia habiacutea 22000 maacutes en una lista de espera de cinco antildeos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Estos sistemas telefoacutenicos moacuteviles se basaban en una transmisioacuten
de Frecuencia Modulada (FM)
La mayoriacutea de estos sistemas utilizaban un solo transmisor muy
poderoso para proveer cobertura a maacutes de 80 km desde la base
Los canales telefoacutenicos moacuteviles de FM evolucionaron a 120 KHz
del espectro para transmitir la voz con un ancho de banda de 3KHz
Aunque se esperaban mejoras en la estabilidad del transmisor en la
figura de ruido y en el ancho de banda del receptor
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La demanda para el servicio de telefoniacutea moacutevil crecioacute
raacutepidamente y permanecioacute por detraacutes de la capacidad disponible en
muchas de las ciudades de gran tamantildeo
ldquoEs increiacuteble que a pesar de la gran demanda que se
generoacute fue necesario que pasaran maacutes de 30 antildeos
(1946-1976) para cubrir las necesidades de telefoniacutea
moacutevilrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La capacidad del sistema era menor que el traacutefico que teniacutea que
soportar por ello la calidad del servicio era terrible las
probabilidades de bloqueo eran del 65 o maacutes altas La inutilidad
del teleacutefono moacutevil disminuyoacute la frecuencia de su uso ya que los
usuarios encontraron que era mejor prevenir no hablando en horas
picos
Los usuarios y las compantildeiacuteas telefoacutenicas se dieron cuenta que un
conjunto de canales no seriacutea suficiente para desarrollar un servicio
telefoacutenico moacutevil uacutetil Se necesitariacutean grandes bloques del espectro
para satisfacer la demanda en aacutereas urbanas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1949 la FCC (la FCC es la comisioacuten federal de
comunicaciones que es el organismo que regula las comunicaciones
en los EEUU) dispuso maacutes canales y la mitad se los dio a la
compantildeiacutea Bell System y la otra mitad a compantildeiacuteas independientes
como la RCC(Radio Common Carriers) con la intencioacuten de crear la
competencia y evitar los monopolios
Fue a mediados de los 50 cuando se creoacute el primer equipo para
viajar en auto de menor tamantildeo Esto sucedioacute en Estocolmo en las
oficinas centrales de Ericsson pero no fue sino 10 antildeos despueacutes
cuando los transistores redujeron en peso tamantildeo y potencia para
poder introducirlos al mercado
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1956 la Bell System comenzoacute a dar servicio en los 450 MHz
que era una nueva banda para tener una mayor capacidad
En 1958 la Richmond Radiotelephone Co mejoroacute su sistema de
marcado conectando raacutepidamente las llamadas de moacutevil a moacutevil
A mediados de los 60rsquos el Sistema Bell introdujo el Servicio
Telefoacutenico Moacutevil Mejorado (IMTS por sus siglas en ingleacutes) con
caracteriacutesticas mejoradas Las mejoras en el disentildeo del transmisor y
del receptor permitieron una reduccioacuten en el ancho de banda del
canal de FM de 25-30 KHz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
A finales de los 60rsquos y principios de los 70rsquos comenzoacute el trabajo
con los primeros sistemas de telefoniacutea celular
Las frecuencias no eran reutilizadas en ceacutelulas adyacentes para
evitar la interferencia en estos primeros sistemas celulares
En enero 1969 la Bell System aplicoacute por primera vez el reuso de
frecuencias en un servicio comercial para teleacutefonos puacuteblicos de la
liacutenea del tren de NY a Washington DC Para desarrollar este
sistema se utilizaron 6 canales en la banda de 450 MHz en nueve
zonas a lo largo de una ruta de 380 km
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Mientras que las comunicaciones de voz utilizaron el mismo FM
analoacutegico que se habiacutea estado usando desde la II Guerra Mundial
Dos Mejoras importantes hicieron el concepto celular realidad
A principios de los 70rsquos se inventoacute el microprocesador
aunque los algoritmos complejos de control se implantaban en
loacutegica con cables el microprocesador hizo maacutes faacutecil la vida de
todos
La segunda mejora fue en el uso de un enlace de control
digital entre el teleacutefono moacutevil y la estacioacuten base
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1973 Martin Cooper entonces trabajando para Motorola
presionoacute una tecla obtuvo sentildeal de marcacioacuten e hizo la primera
llamada desde un moacutevil en el mundo Cooper entroacute para la historia
no solo por ser el primer usuario sino tambieacuten por ser considerado
el inventor de este nuevo medio de comunicacioacuten
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El concepto de comunicaciones moacuteviles utilizando una red celular
nacioacute en 1947 en los Bell Laboratories el departamento de pesquisa
de ATampT el uacutenico operador norte-americano a la fecha Por
entonces la idea no era realizable debido a dificultades en la
concesioacuten de espectro de radio por parte de las autoridades Pero a
partir de 1960 los Bell Labs y Motorola empezaron a estudiar el
concepto y intentando ponerlo en praacutectica La carrera al celular fue
vencida por Motorola en el diacutea tres de Abril de 1973 gracias a los
esfuerzos de Cooper que pretendiacutea que las personas fuesen capaces
de transportar y utilizar su teleacutefono en todos los sitios
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El diacutea tres de Abril de 1973 Cooper estaba en la esquina de una
calle en Manhattan camino de una conferencia de prensa en un
hotel cuando decidioacute intentar hacer una llamada personal Cooper
cogioacute su terminal Dyna-Tac presionoacute la tecla para conectar el moacutevil
y el aparato logroacute conectarse a la red fija a traveacutes de la estacioacuten-base
instalada en el tope de un edificio Entonces Cooper marcoacute el
nuacutemero de su rival Joel Engel el responsable del departamento de
pesquisa de Bell Labs No obstante la introduccioacuten del primer
servicio comercial apenas sucedioacute en 1979 en Japoacuten y apenas en
1982 la FCC aproboacute en los Estados Unidos el lanzamiento por parte
de la empresa Ameritech del primer sistema moacutevil comercial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
No fue sino hasta marzo de 1977 cuando la FCC aproboacute que Bell
probara un sistema celular en Chicago
En 1978 en EEUU comenzoacute a operar el Servicio Telefoacutenico
Moacutevil Avanzado o Advanced Mobile Phone Service AMPS
En ese antildeo 10 ceacutelulas cubriacutean 355000 kms cuadrados en el aacuterea
de Chicago operando en las nuevas frecuencias en la banda de 800
MHz
Esta red utilizaba circuitos integrados LS una computadora
dedicada y un sistema de conmutacioacuten lo que proboacute que los
sistemas celulares podiacutean funcionar
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial La seleccioacuten y asignacioacuten de la banda de 800 MHz a la telefoniacutea
celular se basoacute en las limitaciones existentes en las otras bandas
del espectro
No era la banda de frecuencia maacutes idoacutenea pero con la tecnologiacutea
vigente del momento podiacutea desplegarse y ser implementada pero
sin ir maacutes allaacute de la misma Las tecnologiacuteas futuras permitieron
despliegues en bandas superiores
La FCC despueacutes de analizar todas las estrategias de factibilidad
mercado y eficiencias de operacioacuten decidioacute adjudicar en 1980 las
bandas de 800 MHz a dos (2) competidores dividiendo la misma
en bloques y denominaacutendolas Banda ldquoArdquo y Banda ldquoBrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT desarrolloacute un modelo junto con Motorola conocido como
Dyna-TACS o TACS que significa Total Access Communications
System el cual se puso en marcha en Baltimore y en Washington
DC por la compantildeiacutea Cellular One el 16 de diciembre de 1983
Otro estaacutendar que surgioacute fue el de AURORA-400 en Canadaacute en
febrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel Este sistema
llamado descentralizado opera en los 420 MHz y utilizaba 86
ceacutelulas funcionando mejor en aacutereas rurales por su poca capacidad
pero cobertura amplia
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Eacuteste es el primer teleacutefono celular de la historia el abuelo de los que conocemos en la actualidad Su nombre es
Motorola DynaTAC 8000X y aparecioacute por primera vez en el antildeo de 1983
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Estos sistemas telefoacutenicos moacuteviles se basaban en una transmisioacuten
de Frecuencia Modulada (FM)
La mayoriacutea de estos sistemas utilizaban un solo transmisor muy
poderoso para proveer cobertura a maacutes de 80 km desde la base
Los canales telefoacutenicos moacuteviles de FM evolucionaron a 120 KHz
del espectro para transmitir la voz con un ancho de banda de 3KHz
Aunque se esperaban mejoras en la estabilidad del transmisor en la
figura de ruido y en el ancho de banda del receptor
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La demanda para el servicio de telefoniacutea moacutevil crecioacute
raacutepidamente y permanecioacute por detraacutes de la capacidad disponible en
muchas de las ciudades de gran tamantildeo
ldquoEs increiacuteble que a pesar de la gran demanda que se
generoacute fue necesario que pasaran maacutes de 30 antildeos
(1946-1976) para cubrir las necesidades de telefoniacutea
moacutevilrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La capacidad del sistema era menor que el traacutefico que teniacutea que
soportar por ello la calidad del servicio era terrible las
probabilidades de bloqueo eran del 65 o maacutes altas La inutilidad
del teleacutefono moacutevil disminuyoacute la frecuencia de su uso ya que los
usuarios encontraron que era mejor prevenir no hablando en horas
picos
Los usuarios y las compantildeiacuteas telefoacutenicas se dieron cuenta que un
conjunto de canales no seriacutea suficiente para desarrollar un servicio
telefoacutenico moacutevil uacutetil Se necesitariacutean grandes bloques del espectro
para satisfacer la demanda en aacutereas urbanas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1949 la FCC (la FCC es la comisioacuten federal de
comunicaciones que es el organismo que regula las comunicaciones
en los EEUU) dispuso maacutes canales y la mitad se los dio a la
compantildeiacutea Bell System y la otra mitad a compantildeiacuteas independientes
como la RCC(Radio Common Carriers) con la intencioacuten de crear la
competencia y evitar los monopolios
Fue a mediados de los 50 cuando se creoacute el primer equipo para
viajar en auto de menor tamantildeo Esto sucedioacute en Estocolmo en las
oficinas centrales de Ericsson pero no fue sino 10 antildeos despueacutes
cuando los transistores redujeron en peso tamantildeo y potencia para
poder introducirlos al mercado
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1956 la Bell System comenzoacute a dar servicio en los 450 MHz
que era una nueva banda para tener una mayor capacidad
En 1958 la Richmond Radiotelephone Co mejoroacute su sistema de
marcado conectando raacutepidamente las llamadas de moacutevil a moacutevil
A mediados de los 60rsquos el Sistema Bell introdujo el Servicio
Telefoacutenico Moacutevil Mejorado (IMTS por sus siglas en ingleacutes) con
caracteriacutesticas mejoradas Las mejoras en el disentildeo del transmisor y
del receptor permitieron una reduccioacuten en el ancho de banda del
canal de FM de 25-30 KHz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
A finales de los 60rsquos y principios de los 70rsquos comenzoacute el trabajo
con los primeros sistemas de telefoniacutea celular
Las frecuencias no eran reutilizadas en ceacutelulas adyacentes para
evitar la interferencia en estos primeros sistemas celulares
En enero 1969 la Bell System aplicoacute por primera vez el reuso de
frecuencias en un servicio comercial para teleacutefonos puacuteblicos de la
liacutenea del tren de NY a Washington DC Para desarrollar este
sistema se utilizaron 6 canales en la banda de 450 MHz en nueve
zonas a lo largo de una ruta de 380 km
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Mientras que las comunicaciones de voz utilizaron el mismo FM
analoacutegico que se habiacutea estado usando desde la II Guerra Mundial
Dos Mejoras importantes hicieron el concepto celular realidad
A principios de los 70rsquos se inventoacute el microprocesador
aunque los algoritmos complejos de control se implantaban en
loacutegica con cables el microprocesador hizo maacutes faacutecil la vida de
todos
La segunda mejora fue en el uso de un enlace de control
digital entre el teleacutefono moacutevil y la estacioacuten base
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1973 Martin Cooper entonces trabajando para Motorola
presionoacute una tecla obtuvo sentildeal de marcacioacuten e hizo la primera
llamada desde un moacutevil en el mundo Cooper entroacute para la historia
no solo por ser el primer usuario sino tambieacuten por ser considerado
el inventor de este nuevo medio de comunicacioacuten
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El concepto de comunicaciones moacuteviles utilizando una red celular
nacioacute en 1947 en los Bell Laboratories el departamento de pesquisa
de ATampT el uacutenico operador norte-americano a la fecha Por
entonces la idea no era realizable debido a dificultades en la
concesioacuten de espectro de radio por parte de las autoridades Pero a
partir de 1960 los Bell Labs y Motorola empezaron a estudiar el
concepto y intentando ponerlo en praacutectica La carrera al celular fue
vencida por Motorola en el diacutea tres de Abril de 1973 gracias a los
esfuerzos de Cooper que pretendiacutea que las personas fuesen capaces
de transportar y utilizar su teleacutefono en todos los sitios
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El diacutea tres de Abril de 1973 Cooper estaba en la esquina de una
calle en Manhattan camino de una conferencia de prensa en un
hotel cuando decidioacute intentar hacer una llamada personal Cooper
cogioacute su terminal Dyna-Tac presionoacute la tecla para conectar el moacutevil
y el aparato logroacute conectarse a la red fija a traveacutes de la estacioacuten-base
instalada en el tope de un edificio Entonces Cooper marcoacute el
nuacutemero de su rival Joel Engel el responsable del departamento de
pesquisa de Bell Labs No obstante la introduccioacuten del primer
servicio comercial apenas sucedioacute en 1979 en Japoacuten y apenas en
1982 la FCC aproboacute en los Estados Unidos el lanzamiento por parte
de la empresa Ameritech del primer sistema moacutevil comercial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
No fue sino hasta marzo de 1977 cuando la FCC aproboacute que Bell
probara un sistema celular en Chicago
En 1978 en EEUU comenzoacute a operar el Servicio Telefoacutenico
Moacutevil Avanzado o Advanced Mobile Phone Service AMPS
En ese antildeo 10 ceacutelulas cubriacutean 355000 kms cuadrados en el aacuterea
de Chicago operando en las nuevas frecuencias en la banda de 800
MHz
Esta red utilizaba circuitos integrados LS una computadora
dedicada y un sistema de conmutacioacuten lo que proboacute que los
sistemas celulares podiacutean funcionar
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial La seleccioacuten y asignacioacuten de la banda de 800 MHz a la telefoniacutea
celular se basoacute en las limitaciones existentes en las otras bandas
del espectro
No era la banda de frecuencia maacutes idoacutenea pero con la tecnologiacutea
vigente del momento podiacutea desplegarse y ser implementada pero
sin ir maacutes allaacute de la misma Las tecnologiacuteas futuras permitieron
despliegues en bandas superiores
La FCC despueacutes de analizar todas las estrategias de factibilidad
mercado y eficiencias de operacioacuten decidioacute adjudicar en 1980 las
bandas de 800 MHz a dos (2) competidores dividiendo la misma
en bloques y denominaacutendolas Banda ldquoArdquo y Banda ldquoBrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT desarrolloacute un modelo junto con Motorola conocido como
Dyna-TACS o TACS que significa Total Access Communications
System el cual se puso en marcha en Baltimore y en Washington
DC por la compantildeiacutea Cellular One el 16 de diciembre de 1983
Otro estaacutendar que surgioacute fue el de AURORA-400 en Canadaacute en
febrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel Este sistema
llamado descentralizado opera en los 420 MHz y utilizaba 86
ceacutelulas funcionando mejor en aacutereas rurales por su poca capacidad
pero cobertura amplia
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Eacuteste es el primer teleacutefono celular de la historia el abuelo de los que conocemos en la actualidad Su nombre es
Motorola DynaTAC 8000X y aparecioacute por primera vez en el antildeo de 1983
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En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La demanda para el servicio de telefoniacutea moacutevil crecioacute
raacutepidamente y permanecioacute por detraacutes de la capacidad disponible en
muchas de las ciudades de gran tamantildeo
ldquoEs increiacuteble que a pesar de la gran demanda que se
generoacute fue necesario que pasaran maacutes de 30 antildeos
(1946-1976) para cubrir las necesidades de telefoniacutea
moacutevilrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La capacidad del sistema era menor que el traacutefico que teniacutea que
soportar por ello la calidad del servicio era terrible las
probabilidades de bloqueo eran del 65 o maacutes altas La inutilidad
del teleacutefono moacutevil disminuyoacute la frecuencia de su uso ya que los
usuarios encontraron que era mejor prevenir no hablando en horas
picos
Los usuarios y las compantildeiacuteas telefoacutenicas se dieron cuenta que un
conjunto de canales no seriacutea suficiente para desarrollar un servicio
telefoacutenico moacutevil uacutetil Se necesitariacutean grandes bloques del espectro
para satisfacer la demanda en aacutereas urbanas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1949 la FCC (la FCC es la comisioacuten federal de
comunicaciones que es el organismo que regula las comunicaciones
en los EEUU) dispuso maacutes canales y la mitad se los dio a la
compantildeiacutea Bell System y la otra mitad a compantildeiacuteas independientes
como la RCC(Radio Common Carriers) con la intencioacuten de crear la
competencia y evitar los monopolios
Fue a mediados de los 50 cuando se creoacute el primer equipo para
viajar en auto de menor tamantildeo Esto sucedioacute en Estocolmo en las
oficinas centrales de Ericsson pero no fue sino 10 antildeos despueacutes
cuando los transistores redujeron en peso tamantildeo y potencia para
poder introducirlos al mercado
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En 1956 la Bell System comenzoacute a dar servicio en los 450 MHz
que era una nueva banda para tener una mayor capacidad
En 1958 la Richmond Radiotelephone Co mejoroacute su sistema de
marcado conectando raacutepidamente las llamadas de moacutevil a moacutevil
A mediados de los 60rsquos el Sistema Bell introdujo el Servicio
Telefoacutenico Moacutevil Mejorado (IMTS por sus siglas en ingleacutes) con
caracteriacutesticas mejoradas Las mejoras en el disentildeo del transmisor y
del receptor permitieron una reduccioacuten en el ancho de banda del
canal de FM de 25-30 KHz
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A finales de los 60rsquos y principios de los 70rsquos comenzoacute el trabajo
con los primeros sistemas de telefoniacutea celular
Las frecuencias no eran reutilizadas en ceacutelulas adyacentes para
evitar la interferencia en estos primeros sistemas celulares
En enero 1969 la Bell System aplicoacute por primera vez el reuso de
frecuencias en un servicio comercial para teleacutefonos puacuteblicos de la
liacutenea del tren de NY a Washington DC Para desarrollar este
sistema se utilizaron 6 canales en la banda de 450 MHz en nueve
zonas a lo largo de una ruta de 380 km
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Mientras que las comunicaciones de voz utilizaron el mismo FM
analoacutegico que se habiacutea estado usando desde la II Guerra Mundial
Dos Mejoras importantes hicieron el concepto celular realidad
A principios de los 70rsquos se inventoacute el microprocesador
aunque los algoritmos complejos de control se implantaban en
loacutegica con cables el microprocesador hizo maacutes faacutecil la vida de
todos
La segunda mejora fue en el uso de un enlace de control
digital entre el teleacutefono moacutevil y la estacioacuten base
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En 1973 Martin Cooper entonces trabajando para Motorola
presionoacute una tecla obtuvo sentildeal de marcacioacuten e hizo la primera
llamada desde un moacutevil en el mundo Cooper entroacute para la historia
no solo por ser el primer usuario sino tambieacuten por ser considerado
el inventor de este nuevo medio de comunicacioacuten
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El concepto de comunicaciones moacuteviles utilizando una red celular
nacioacute en 1947 en los Bell Laboratories el departamento de pesquisa
de ATampT el uacutenico operador norte-americano a la fecha Por
entonces la idea no era realizable debido a dificultades en la
concesioacuten de espectro de radio por parte de las autoridades Pero a
partir de 1960 los Bell Labs y Motorola empezaron a estudiar el
concepto y intentando ponerlo en praacutectica La carrera al celular fue
vencida por Motorola en el diacutea tres de Abril de 1973 gracias a los
esfuerzos de Cooper que pretendiacutea que las personas fuesen capaces
de transportar y utilizar su teleacutefono en todos los sitios
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El diacutea tres de Abril de 1973 Cooper estaba en la esquina de una
calle en Manhattan camino de una conferencia de prensa en un
hotel cuando decidioacute intentar hacer una llamada personal Cooper
cogioacute su terminal Dyna-Tac presionoacute la tecla para conectar el moacutevil
y el aparato logroacute conectarse a la red fija a traveacutes de la estacioacuten-base
instalada en el tope de un edificio Entonces Cooper marcoacute el
nuacutemero de su rival Joel Engel el responsable del departamento de
pesquisa de Bell Labs No obstante la introduccioacuten del primer
servicio comercial apenas sucedioacute en 1979 en Japoacuten y apenas en
1982 la FCC aproboacute en los Estados Unidos el lanzamiento por parte
de la empresa Ameritech del primer sistema moacutevil comercial
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No fue sino hasta marzo de 1977 cuando la FCC aproboacute que Bell
probara un sistema celular en Chicago
En 1978 en EEUU comenzoacute a operar el Servicio Telefoacutenico
Moacutevil Avanzado o Advanced Mobile Phone Service AMPS
En ese antildeo 10 ceacutelulas cubriacutean 355000 kms cuadrados en el aacuterea
de Chicago operando en las nuevas frecuencias en la banda de 800
MHz
Esta red utilizaba circuitos integrados LS una computadora
dedicada y un sistema de conmutacioacuten lo que proboacute que los
sistemas celulares podiacutean funcionar
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial La seleccioacuten y asignacioacuten de la banda de 800 MHz a la telefoniacutea
celular se basoacute en las limitaciones existentes en las otras bandas
del espectro
No era la banda de frecuencia maacutes idoacutenea pero con la tecnologiacutea
vigente del momento podiacutea desplegarse y ser implementada pero
sin ir maacutes allaacute de la misma Las tecnologiacuteas futuras permitieron
despliegues en bandas superiores
La FCC despueacutes de analizar todas las estrategias de factibilidad
mercado y eficiencias de operacioacuten decidioacute adjudicar en 1980 las
bandas de 800 MHz a dos (2) competidores dividiendo la misma
en bloques y denominaacutendolas Banda ldquoArdquo y Banda ldquoBrdquo
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ATampT desarrolloacute un modelo junto con Motorola conocido como
Dyna-TACS o TACS que significa Total Access Communications
System el cual se puso en marcha en Baltimore y en Washington
DC por la compantildeiacutea Cellular One el 16 de diciembre de 1983
Otro estaacutendar que surgioacute fue el de AURORA-400 en Canadaacute en
febrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel Este sistema
llamado descentralizado opera en los 420 MHz y utilizaba 86
ceacutelulas funcionando mejor en aacutereas rurales por su poca capacidad
pero cobertura amplia
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Eacuteste es el primer teleacutefono celular de la historia el abuelo de los que conocemos en la actualidad Su nombre es
Motorola DynaTAC 8000X y aparecioacute por primera vez en el antildeo de 1983
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En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
La capacidad del sistema era menor que el traacutefico que teniacutea que
soportar por ello la calidad del servicio era terrible las
probabilidades de bloqueo eran del 65 o maacutes altas La inutilidad
del teleacutefono moacutevil disminuyoacute la frecuencia de su uso ya que los
usuarios encontraron que era mejor prevenir no hablando en horas
picos
Los usuarios y las compantildeiacuteas telefoacutenicas se dieron cuenta que un
conjunto de canales no seriacutea suficiente para desarrollar un servicio
telefoacutenico moacutevil uacutetil Se necesitariacutean grandes bloques del espectro
para satisfacer la demanda en aacutereas urbanas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1949 la FCC (la FCC es la comisioacuten federal de
comunicaciones que es el organismo que regula las comunicaciones
en los EEUU) dispuso maacutes canales y la mitad se los dio a la
compantildeiacutea Bell System y la otra mitad a compantildeiacuteas independientes
como la RCC(Radio Common Carriers) con la intencioacuten de crear la
competencia y evitar los monopolios
Fue a mediados de los 50 cuando se creoacute el primer equipo para
viajar en auto de menor tamantildeo Esto sucedioacute en Estocolmo en las
oficinas centrales de Ericsson pero no fue sino 10 antildeos despueacutes
cuando los transistores redujeron en peso tamantildeo y potencia para
poder introducirlos al mercado
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1956 la Bell System comenzoacute a dar servicio en los 450 MHz
que era una nueva banda para tener una mayor capacidad
En 1958 la Richmond Radiotelephone Co mejoroacute su sistema de
marcado conectando raacutepidamente las llamadas de moacutevil a moacutevil
A mediados de los 60rsquos el Sistema Bell introdujo el Servicio
Telefoacutenico Moacutevil Mejorado (IMTS por sus siglas en ingleacutes) con
caracteriacutesticas mejoradas Las mejoras en el disentildeo del transmisor y
del receptor permitieron una reduccioacuten en el ancho de banda del
canal de FM de 25-30 KHz
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A finales de los 60rsquos y principios de los 70rsquos comenzoacute el trabajo
con los primeros sistemas de telefoniacutea celular
Las frecuencias no eran reutilizadas en ceacutelulas adyacentes para
evitar la interferencia en estos primeros sistemas celulares
En enero 1969 la Bell System aplicoacute por primera vez el reuso de
frecuencias en un servicio comercial para teleacutefonos puacuteblicos de la
liacutenea del tren de NY a Washington DC Para desarrollar este
sistema se utilizaron 6 canales en la banda de 450 MHz en nueve
zonas a lo largo de una ruta de 380 km
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Mientras que las comunicaciones de voz utilizaron el mismo FM
analoacutegico que se habiacutea estado usando desde la II Guerra Mundial
Dos Mejoras importantes hicieron el concepto celular realidad
A principios de los 70rsquos se inventoacute el microprocesador
aunque los algoritmos complejos de control se implantaban en
loacutegica con cables el microprocesador hizo maacutes faacutecil la vida de
todos
La segunda mejora fue en el uso de un enlace de control
digital entre el teleacutefono moacutevil y la estacioacuten base
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1973 Martin Cooper entonces trabajando para Motorola
presionoacute una tecla obtuvo sentildeal de marcacioacuten e hizo la primera
llamada desde un moacutevil en el mundo Cooper entroacute para la historia
no solo por ser el primer usuario sino tambieacuten por ser considerado
el inventor de este nuevo medio de comunicacioacuten
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El concepto de comunicaciones moacuteviles utilizando una red celular
nacioacute en 1947 en los Bell Laboratories el departamento de pesquisa
de ATampT el uacutenico operador norte-americano a la fecha Por
entonces la idea no era realizable debido a dificultades en la
concesioacuten de espectro de radio por parte de las autoridades Pero a
partir de 1960 los Bell Labs y Motorola empezaron a estudiar el
concepto y intentando ponerlo en praacutectica La carrera al celular fue
vencida por Motorola en el diacutea tres de Abril de 1973 gracias a los
esfuerzos de Cooper que pretendiacutea que las personas fuesen capaces
de transportar y utilizar su teleacutefono en todos los sitios
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El diacutea tres de Abril de 1973 Cooper estaba en la esquina de una
calle en Manhattan camino de una conferencia de prensa en un
hotel cuando decidioacute intentar hacer una llamada personal Cooper
cogioacute su terminal Dyna-Tac presionoacute la tecla para conectar el moacutevil
y el aparato logroacute conectarse a la red fija a traveacutes de la estacioacuten-base
instalada en el tope de un edificio Entonces Cooper marcoacute el
nuacutemero de su rival Joel Engel el responsable del departamento de
pesquisa de Bell Labs No obstante la introduccioacuten del primer
servicio comercial apenas sucedioacute en 1979 en Japoacuten y apenas en
1982 la FCC aproboacute en los Estados Unidos el lanzamiento por parte
de la empresa Ameritech del primer sistema moacutevil comercial
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No fue sino hasta marzo de 1977 cuando la FCC aproboacute que Bell
probara un sistema celular en Chicago
En 1978 en EEUU comenzoacute a operar el Servicio Telefoacutenico
Moacutevil Avanzado o Advanced Mobile Phone Service AMPS
En ese antildeo 10 ceacutelulas cubriacutean 355000 kms cuadrados en el aacuterea
de Chicago operando en las nuevas frecuencias en la banda de 800
MHz
Esta red utilizaba circuitos integrados LS una computadora
dedicada y un sistema de conmutacioacuten lo que proboacute que los
sistemas celulares podiacutean funcionar
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial La seleccioacuten y asignacioacuten de la banda de 800 MHz a la telefoniacutea
celular se basoacute en las limitaciones existentes en las otras bandas
del espectro
No era la banda de frecuencia maacutes idoacutenea pero con la tecnologiacutea
vigente del momento podiacutea desplegarse y ser implementada pero
sin ir maacutes allaacute de la misma Las tecnologiacuteas futuras permitieron
despliegues en bandas superiores
La FCC despueacutes de analizar todas las estrategias de factibilidad
mercado y eficiencias de operacioacuten decidioacute adjudicar en 1980 las
bandas de 800 MHz a dos (2) competidores dividiendo la misma
en bloques y denominaacutendolas Banda ldquoArdquo y Banda ldquoBrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT desarrolloacute un modelo junto con Motorola conocido como
Dyna-TACS o TACS que significa Total Access Communications
System el cual se puso en marcha en Baltimore y en Washington
DC por la compantildeiacutea Cellular One el 16 de diciembre de 1983
Otro estaacutendar que surgioacute fue el de AURORA-400 en Canadaacute en
febrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel Este sistema
llamado descentralizado opera en los 420 MHz y utilizaba 86
ceacutelulas funcionando mejor en aacutereas rurales por su poca capacidad
pero cobertura amplia
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Eacuteste es el primer teleacutefono celular de la historia el abuelo de los que conocemos en la actualidad Su nombre es
Motorola DynaTAC 8000X y aparecioacute por primera vez en el antildeo de 1983
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1949 la FCC (la FCC es la comisioacuten federal de
comunicaciones que es el organismo que regula las comunicaciones
en los EEUU) dispuso maacutes canales y la mitad se los dio a la
compantildeiacutea Bell System y la otra mitad a compantildeiacuteas independientes
como la RCC(Radio Common Carriers) con la intencioacuten de crear la
competencia y evitar los monopolios
Fue a mediados de los 50 cuando se creoacute el primer equipo para
viajar en auto de menor tamantildeo Esto sucedioacute en Estocolmo en las
oficinas centrales de Ericsson pero no fue sino 10 antildeos despueacutes
cuando los transistores redujeron en peso tamantildeo y potencia para
poder introducirlos al mercado
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1956 la Bell System comenzoacute a dar servicio en los 450 MHz
que era una nueva banda para tener una mayor capacidad
En 1958 la Richmond Radiotelephone Co mejoroacute su sistema de
marcado conectando raacutepidamente las llamadas de moacutevil a moacutevil
A mediados de los 60rsquos el Sistema Bell introdujo el Servicio
Telefoacutenico Moacutevil Mejorado (IMTS por sus siglas en ingleacutes) con
caracteriacutesticas mejoradas Las mejoras en el disentildeo del transmisor y
del receptor permitieron una reduccioacuten en el ancho de banda del
canal de FM de 25-30 KHz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
A finales de los 60rsquos y principios de los 70rsquos comenzoacute el trabajo
con los primeros sistemas de telefoniacutea celular
Las frecuencias no eran reutilizadas en ceacutelulas adyacentes para
evitar la interferencia en estos primeros sistemas celulares
En enero 1969 la Bell System aplicoacute por primera vez el reuso de
frecuencias en un servicio comercial para teleacutefonos puacuteblicos de la
liacutenea del tren de NY a Washington DC Para desarrollar este
sistema se utilizaron 6 canales en la banda de 450 MHz en nueve
zonas a lo largo de una ruta de 380 km
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Mientras que las comunicaciones de voz utilizaron el mismo FM
analoacutegico que se habiacutea estado usando desde la II Guerra Mundial
Dos Mejoras importantes hicieron el concepto celular realidad
A principios de los 70rsquos se inventoacute el microprocesador
aunque los algoritmos complejos de control se implantaban en
loacutegica con cables el microprocesador hizo maacutes faacutecil la vida de
todos
La segunda mejora fue en el uso de un enlace de control
digital entre el teleacutefono moacutevil y la estacioacuten base
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1973 Martin Cooper entonces trabajando para Motorola
presionoacute una tecla obtuvo sentildeal de marcacioacuten e hizo la primera
llamada desde un moacutevil en el mundo Cooper entroacute para la historia
no solo por ser el primer usuario sino tambieacuten por ser considerado
el inventor de este nuevo medio de comunicacioacuten
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El concepto de comunicaciones moacuteviles utilizando una red celular
nacioacute en 1947 en los Bell Laboratories el departamento de pesquisa
de ATampT el uacutenico operador norte-americano a la fecha Por
entonces la idea no era realizable debido a dificultades en la
concesioacuten de espectro de radio por parte de las autoridades Pero a
partir de 1960 los Bell Labs y Motorola empezaron a estudiar el
concepto y intentando ponerlo en praacutectica La carrera al celular fue
vencida por Motorola en el diacutea tres de Abril de 1973 gracias a los
esfuerzos de Cooper que pretendiacutea que las personas fuesen capaces
de transportar y utilizar su teleacutefono en todos los sitios
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El diacutea tres de Abril de 1973 Cooper estaba en la esquina de una
calle en Manhattan camino de una conferencia de prensa en un
hotel cuando decidioacute intentar hacer una llamada personal Cooper
cogioacute su terminal Dyna-Tac presionoacute la tecla para conectar el moacutevil
y el aparato logroacute conectarse a la red fija a traveacutes de la estacioacuten-base
instalada en el tope de un edificio Entonces Cooper marcoacute el
nuacutemero de su rival Joel Engel el responsable del departamento de
pesquisa de Bell Labs No obstante la introduccioacuten del primer
servicio comercial apenas sucedioacute en 1979 en Japoacuten y apenas en
1982 la FCC aproboacute en los Estados Unidos el lanzamiento por parte
de la empresa Ameritech del primer sistema moacutevil comercial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
No fue sino hasta marzo de 1977 cuando la FCC aproboacute que Bell
probara un sistema celular en Chicago
En 1978 en EEUU comenzoacute a operar el Servicio Telefoacutenico
Moacutevil Avanzado o Advanced Mobile Phone Service AMPS
En ese antildeo 10 ceacutelulas cubriacutean 355000 kms cuadrados en el aacuterea
de Chicago operando en las nuevas frecuencias en la banda de 800
MHz
Esta red utilizaba circuitos integrados LS una computadora
dedicada y un sistema de conmutacioacuten lo que proboacute que los
sistemas celulares podiacutean funcionar
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial La seleccioacuten y asignacioacuten de la banda de 800 MHz a la telefoniacutea
celular se basoacute en las limitaciones existentes en las otras bandas
del espectro
No era la banda de frecuencia maacutes idoacutenea pero con la tecnologiacutea
vigente del momento podiacutea desplegarse y ser implementada pero
sin ir maacutes allaacute de la misma Las tecnologiacuteas futuras permitieron
despliegues en bandas superiores
La FCC despueacutes de analizar todas las estrategias de factibilidad
mercado y eficiencias de operacioacuten decidioacute adjudicar en 1980 las
bandas de 800 MHz a dos (2) competidores dividiendo la misma
en bloques y denominaacutendolas Banda ldquoArdquo y Banda ldquoBrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT desarrolloacute un modelo junto con Motorola conocido como
Dyna-TACS o TACS que significa Total Access Communications
System el cual se puso en marcha en Baltimore y en Washington
DC por la compantildeiacutea Cellular One el 16 de diciembre de 1983
Otro estaacutendar que surgioacute fue el de AURORA-400 en Canadaacute en
febrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel Este sistema
llamado descentralizado opera en los 420 MHz y utilizaba 86
ceacutelulas funcionando mejor en aacutereas rurales por su poca capacidad
pero cobertura amplia
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Eacuteste es el primer teleacutefono celular de la historia el abuelo de los que conocemos en la actualidad Su nombre es
Motorola DynaTAC 8000X y aparecioacute por primera vez en el antildeo de 1983
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1956 la Bell System comenzoacute a dar servicio en los 450 MHz
que era una nueva banda para tener una mayor capacidad
En 1958 la Richmond Radiotelephone Co mejoroacute su sistema de
marcado conectando raacutepidamente las llamadas de moacutevil a moacutevil
A mediados de los 60rsquos el Sistema Bell introdujo el Servicio
Telefoacutenico Moacutevil Mejorado (IMTS por sus siglas en ingleacutes) con
caracteriacutesticas mejoradas Las mejoras en el disentildeo del transmisor y
del receptor permitieron una reduccioacuten en el ancho de banda del
canal de FM de 25-30 KHz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
A finales de los 60rsquos y principios de los 70rsquos comenzoacute el trabajo
con los primeros sistemas de telefoniacutea celular
Las frecuencias no eran reutilizadas en ceacutelulas adyacentes para
evitar la interferencia en estos primeros sistemas celulares
En enero 1969 la Bell System aplicoacute por primera vez el reuso de
frecuencias en un servicio comercial para teleacutefonos puacuteblicos de la
liacutenea del tren de NY a Washington DC Para desarrollar este
sistema se utilizaron 6 canales en la banda de 450 MHz en nueve
zonas a lo largo de una ruta de 380 km
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Mientras que las comunicaciones de voz utilizaron el mismo FM
analoacutegico que se habiacutea estado usando desde la II Guerra Mundial
Dos Mejoras importantes hicieron el concepto celular realidad
A principios de los 70rsquos se inventoacute el microprocesador
aunque los algoritmos complejos de control se implantaban en
loacutegica con cables el microprocesador hizo maacutes faacutecil la vida de
todos
La segunda mejora fue en el uso de un enlace de control
digital entre el teleacutefono moacutevil y la estacioacuten base
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1973 Martin Cooper entonces trabajando para Motorola
presionoacute una tecla obtuvo sentildeal de marcacioacuten e hizo la primera
llamada desde un moacutevil en el mundo Cooper entroacute para la historia
no solo por ser el primer usuario sino tambieacuten por ser considerado
el inventor de este nuevo medio de comunicacioacuten
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El concepto de comunicaciones moacuteviles utilizando una red celular
nacioacute en 1947 en los Bell Laboratories el departamento de pesquisa
de ATampT el uacutenico operador norte-americano a la fecha Por
entonces la idea no era realizable debido a dificultades en la
concesioacuten de espectro de radio por parte de las autoridades Pero a
partir de 1960 los Bell Labs y Motorola empezaron a estudiar el
concepto y intentando ponerlo en praacutectica La carrera al celular fue
vencida por Motorola en el diacutea tres de Abril de 1973 gracias a los
esfuerzos de Cooper que pretendiacutea que las personas fuesen capaces
de transportar y utilizar su teleacutefono en todos los sitios
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El diacutea tres de Abril de 1973 Cooper estaba en la esquina de una
calle en Manhattan camino de una conferencia de prensa en un
hotel cuando decidioacute intentar hacer una llamada personal Cooper
cogioacute su terminal Dyna-Tac presionoacute la tecla para conectar el moacutevil
y el aparato logroacute conectarse a la red fija a traveacutes de la estacioacuten-base
instalada en el tope de un edificio Entonces Cooper marcoacute el
nuacutemero de su rival Joel Engel el responsable del departamento de
pesquisa de Bell Labs No obstante la introduccioacuten del primer
servicio comercial apenas sucedioacute en 1979 en Japoacuten y apenas en
1982 la FCC aproboacute en los Estados Unidos el lanzamiento por parte
de la empresa Ameritech del primer sistema moacutevil comercial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
No fue sino hasta marzo de 1977 cuando la FCC aproboacute que Bell
probara un sistema celular en Chicago
En 1978 en EEUU comenzoacute a operar el Servicio Telefoacutenico
Moacutevil Avanzado o Advanced Mobile Phone Service AMPS
En ese antildeo 10 ceacutelulas cubriacutean 355000 kms cuadrados en el aacuterea
de Chicago operando en las nuevas frecuencias en la banda de 800
MHz
Esta red utilizaba circuitos integrados LS una computadora
dedicada y un sistema de conmutacioacuten lo que proboacute que los
sistemas celulares podiacutean funcionar
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial La seleccioacuten y asignacioacuten de la banda de 800 MHz a la telefoniacutea
celular se basoacute en las limitaciones existentes en las otras bandas
del espectro
No era la banda de frecuencia maacutes idoacutenea pero con la tecnologiacutea
vigente del momento podiacutea desplegarse y ser implementada pero
sin ir maacutes allaacute de la misma Las tecnologiacuteas futuras permitieron
despliegues en bandas superiores
La FCC despueacutes de analizar todas las estrategias de factibilidad
mercado y eficiencias de operacioacuten decidioacute adjudicar en 1980 las
bandas de 800 MHz a dos (2) competidores dividiendo la misma
en bloques y denominaacutendolas Banda ldquoArdquo y Banda ldquoBrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT desarrolloacute un modelo junto con Motorola conocido como
Dyna-TACS o TACS que significa Total Access Communications
System el cual se puso en marcha en Baltimore y en Washington
DC por la compantildeiacutea Cellular One el 16 de diciembre de 1983
Otro estaacutendar que surgioacute fue el de AURORA-400 en Canadaacute en
febrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel Este sistema
llamado descentralizado opera en los 420 MHz y utilizaba 86
ceacutelulas funcionando mejor en aacutereas rurales por su poca capacidad
pero cobertura amplia
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Eacuteste es el primer teleacutefono celular de la historia el abuelo de los que conocemos en la actualidad Su nombre es
Motorola DynaTAC 8000X y aparecioacute por primera vez en el antildeo de 1983
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
A finales de los 60rsquos y principios de los 70rsquos comenzoacute el trabajo
con los primeros sistemas de telefoniacutea celular
Las frecuencias no eran reutilizadas en ceacutelulas adyacentes para
evitar la interferencia en estos primeros sistemas celulares
En enero 1969 la Bell System aplicoacute por primera vez el reuso de
frecuencias en un servicio comercial para teleacutefonos puacuteblicos de la
liacutenea del tren de NY a Washington DC Para desarrollar este
sistema se utilizaron 6 canales en la banda de 450 MHz en nueve
zonas a lo largo de una ruta de 380 km
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Mientras que las comunicaciones de voz utilizaron el mismo FM
analoacutegico que se habiacutea estado usando desde la II Guerra Mundial
Dos Mejoras importantes hicieron el concepto celular realidad
A principios de los 70rsquos se inventoacute el microprocesador
aunque los algoritmos complejos de control se implantaban en
loacutegica con cables el microprocesador hizo maacutes faacutecil la vida de
todos
La segunda mejora fue en el uso de un enlace de control
digital entre el teleacutefono moacutevil y la estacioacuten base
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1973 Martin Cooper entonces trabajando para Motorola
presionoacute una tecla obtuvo sentildeal de marcacioacuten e hizo la primera
llamada desde un moacutevil en el mundo Cooper entroacute para la historia
no solo por ser el primer usuario sino tambieacuten por ser considerado
el inventor de este nuevo medio de comunicacioacuten
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El concepto de comunicaciones moacuteviles utilizando una red celular
nacioacute en 1947 en los Bell Laboratories el departamento de pesquisa
de ATampT el uacutenico operador norte-americano a la fecha Por
entonces la idea no era realizable debido a dificultades en la
concesioacuten de espectro de radio por parte de las autoridades Pero a
partir de 1960 los Bell Labs y Motorola empezaron a estudiar el
concepto y intentando ponerlo en praacutectica La carrera al celular fue
vencida por Motorola en el diacutea tres de Abril de 1973 gracias a los
esfuerzos de Cooper que pretendiacutea que las personas fuesen capaces
de transportar y utilizar su teleacutefono en todos los sitios
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El diacutea tres de Abril de 1973 Cooper estaba en la esquina de una
calle en Manhattan camino de una conferencia de prensa en un
hotel cuando decidioacute intentar hacer una llamada personal Cooper
cogioacute su terminal Dyna-Tac presionoacute la tecla para conectar el moacutevil
y el aparato logroacute conectarse a la red fija a traveacutes de la estacioacuten-base
instalada en el tope de un edificio Entonces Cooper marcoacute el
nuacutemero de su rival Joel Engel el responsable del departamento de
pesquisa de Bell Labs No obstante la introduccioacuten del primer
servicio comercial apenas sucedioacute en 1979 en Japoacuten y apenas en
1982 la FCC aproboacute en los Estados Unidos el lanzamiento por parte
de la empresa Ameritech del primer sistema moacutevil comercial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
No fue sino hasta marzo de 1977 cuando la FCC aproboacute que Bell
probara un sistema celular en Chicago
En 1978 en EEUU comenzoacute a operar el Servicio Telefoacutenico
Moacutevil Avanzado o Advanced Mobile Phone Service AMPS
En ese antildeo 10 ceacutelulas cubriacutean 355000 kms cuadrados en el aacuterea
de Chicago operando en las nuevas frecuencias en la banda de 800
MHz
Esta red utilizaba circuitos integrados LS una computadora
dedicada y un sistema de conmutacioacuten lo que proboacute que los
sistemas celulares podiacutean funcionar
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial La seleccioacuten y asignacioacuten de la banda de 800 MHz a la telefoniacutea
celular se basoacute en las limitaciones existentes en las otras bandas
del espectro
No era la banda de frecuencia maacutes idoacutenea pero con la tecnologiacutea
vigente del momento podiacutea desplegarse y ser implementada pero
sin ir maacutes allaacute de la misma Las tecnologiacuteas futuras permitieron
despliegues en bandas superiores
La FCC despueacutes de analizar todas las estrategias de factibilidad
mercado y eficiencias de operacioacuten decidioacute adjudicar en 1980 las
bandas de 800 MHz a dos (2) competidores dividiendo la misma
en bloques y denominaacutendolas Banda ldquoArdquo y Banda ldquoBrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT desarrolloacute un modelo junto con Motorola conocido como
Dyna-TACS o TACS que significa Total Access Communications
System el cual se puso en marcha en Baltimore y en Washington
DC por la compantildeiacutea Cellular One el 16 de diciembre de 1983
Otro estaacutendar que surgioacute fue el de AURORA-400 en Canadaacute en
febrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel Este sistema
llamado descentralizado opera en los 420 MHz y utilizaba 86
ceacutelulas funcionando mejor en aacutereas rurales por su poca capacidad
pero cobertura amplia
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Eacuteste es el primer teleacutefono celular de la historia el abuelo de los que conocemos en la actualidad Su nombre es
Motorola DynaTAC 8000X y aparecioacute por primera vez en el antildeo de 1983
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Mientras que las comunicaciones de voz utilizaron el mismo FM
analoacutegico que se habiacutea estado usando desde la II Guerra Mundial
Dos Mejoras importantes hicieron el concepto celular realidad
A principios de los 70rsquos se inventoacute el microprocesador
aunque los algoritmos complejos de control se implantaban en
loacutegica con cables el microprocesador hizo maacutes faacutecil la vida de
todos
La segunda mejora fue en el uso de un enlace de control
digital entre el teleacutefono moacutevil y la estacioacuten base
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1973 Martin Cooper entonces trabajando para Motorola
presionoacute una tecla obtuvo sentildeal de marcacioacuten e hizo la primera
llamada desde un moacutevil en el mundo Cooper entroacute para la historia
no solo por ser el primer usuario sino tambieacuten por ser considerado
el inventor de este nuevo medio de comunicacioacuten
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El concepto de comunicaciones moacuteviles utilizando una red celular
nacioacute en 1947 en los Bell Laboratories el departamento de pesquisa
de ATampT el uacutenico operador norte-americano a la fecha Por
entonces la idea no era realizable debido a dificultades en la
concesioacuten de espectro de radio por parte de las autoridades Pero a
partir de 1960 los Bell Labs y Motorola empezaron a estudiar el
concepto y intentando ponerlo en praacutectica La carrera al celular fue
vencida por Motorola en el diacutea tres de Abril de 1973 gracias a los
esfuerzos de Cooper que pretendiacutea que las personas fuesen capaces
de transportar y utilizar su teleacutefono en todos los sitios
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El diacutea tres de Abril de 1973 Cooper estaba en la esquina de una
calle en Manhattan camino de una conferencia de prensa en un
hotel cuando decidioacute intentar hacer una llamada personal Cooper
cogioacute su terminal Dyna-Tac presionoacute la tecla para conectar el moacutevil
y el aparato logroacute conectarse a la red fija a traveacutes de la estacioacuten-base
instalada en el tope de un edificio Entonces Cooper marcoacute el
nuacutemero de su rival Joel Engel el responsable del departamento de
pesquisa de Bell Labs No obstante la introduccioacuten del primer
servicio comercial apenas sucedioacute en 1979 en Japoacuten y apenas en
1982 la FCC aproboacute en los Estados Unidos el lanzamiento por parte
de la empresa Ameritech del primer sistema moacutevil comercial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
No fue sino hasta marzo de 1977 cuando la FCC aproboacute que Bell
probara un sistema celular en Chicago
En 1978 en EEUU comenzoacute a operar el Servicio Telefoacutenico
Moacutevil Avanzado o Advanced Mobile Phone Service AMPS
En ese antildeo 10 ceacutelulas cubriacutean 355000 kms cuadrados en el aacuterea
de Chicago operando en las nuevas frecuencias en la banda de 800
MHz
Esta red utilizaba circuitos integrados LS una computadora
dedicada y un sistema de conmutacioacuten lo que proboacute que los
sistemas celulares podiacutean funcionar
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial La seleccioacuten y asignacioacuten de la banda de 800 MHz a la telefoniacutea
celular se basoacute en las limitaciones existentes en las otras bandas
del espectro
No era la banda de frecuencia maacutes idoacutenea pero con la tecnologiacutea
vigente del momento podiacutea desplegarse y ser implementada pero
sin ir maacutes allaacute de la misma Las tecnologiacuteas futuras permitieron
despliegues en bandas superiores
La FCC despueacutes de analizar todas las estrategias de factibilidad
mercado y eficiencias de operacioacuten decidioacute adjudicar en 1980 las
bandas de 800 MHz a dos (2) competidores dividiendo la misma
en bloques y denominaacutendolas Banda ldquoArdquo y Banda ldquoBrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT desarrolloacute un modelo junto con Motorola conocido como
Dyna-TACS o TACS que significa Total Access Communications
System el cual se puso en marcha en Baltimore y en Washington
DC por la compantildeiacutea Cellular One el 16 de diciembre de 1983
Otro estaacutendar que surgioacute fue el de AURORA-400 en Canadaacute en
febrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel Este sistema
llamado descentralizado opera en los 420 MHz y utilizaba 86
ceacutelulas funcionando mejor en aacutereas rurales por su poca capacidad
pero cobertura amplia
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Eacuteste es el primer teleacutefono celular de la historia el abuelo de los que conocemos en la actualidad Su nombre es
Motorola DynaTAC 8000X y aparecioacute por primera vez en el antildeo de 1983
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1973 Martin Cooper entonces trabajando para Motorola
presionoacute una tecla obtuvo sentildeal de marcacioacuten e hizo la primera
llamada desde un moacutevil en el mundo Cooper entroacute para la historia
no solo por ser el primer usuario sino tambieacuten por ser considerado
el inventor de este nuevo medio de comunicacioacuten
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El concepto de comunicaciones moacuteviles utilizando una red celular
nacioacute en 1947 en los Bell Laboratories el departamento de pesquisa
de ATampT el uacutenico operador norte-americano a la fecha Por
entonces la idea no era realizable debido a dificultades en la
concesioacuten de espectro de radio por parte de las autoridades Pero a
partir de 1960 los Bell Labs y Motorola empezaron a estudiar el
concepto y intentando ponerlo en praacutectica La carrera al celular fue
vencida por Motorola en el diacutea tres de Abril de 1973 gracias a los
esfuerzos de Cooper que pretendiacutea que las personas fuesen capaces
de transportar y utilizar su teleacutefono en todos los sitios
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El diacutea tres de Abril de 1973 Cooper estaba en la esquina de una
calle en Manhattan camino de una conferencia de prensa en un
hotel cuando decidioacute intentar hacer una llamada personal Cooper
cogioacute su terminal Dyna-Tac presionoacute la tecla para conectar el moacutevil
y el aparato logroacute conectarse a la red fija a traveacutes de la estacioacuten-base
instalada en el tope de un edificio Entonces Cooper marcoacute el
nuacutemero de su rival Joel Engel el responsable del departamento de
pesquisa de Bell Labs No obstante la introduccioacuten del primer
servicio comercial apenas sucedioacute en 1979 en Japoacuten y apenas en
1982 la FCC aproboacute en los Estados Unidos el lanzamiento por parte
de la empresa Ameritech del primer sistema moacutevil comercial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
No fue sino hasta marzo de 1977 cuando la FCC aproboacute que Bell
probara un sistema celular en Chicago
En 1978 en EEUU comenzoacute a operar el Servicio Telefoacutenico
Moacutevil Avanzado o Advanced Mobile Phone Service AMPS
En ese antildeo 10 ceacutelulas cubriacutean 355000 kms cuadrados en el aacuterea
de Chicago operando en las nuevas frecuencias en la banda de 800
MHz
Esta red utilizaba circuitos integrados LS una computadora
dedicada y un sistema de conmutacioacuten lo que proboacute que los
sistemas celulares podiacutean funcionar
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial La seleccioacuten y asignacioacuten de la banda de 800 MHz a la telefoniacutea
celular se basoacute en las limitaciones existentes en las otras bandas
del espectro
No era la banda de frecuencia maacutes idoacutenea pero con la tecnologiacutea
vigente del momento podiacutea desplegarse y ser implementada pero
sin ir maacutes allaacute de la misma Las tecnologiacuteas futuras permitieron
despliegues en bandas superiores
La FCC despueacutes de analizar todas las estrategias de factibilidad
mercado y eficiencias de operacioacuten decidioacute adjudicar en 1980 las
bandas de 800 MHz a dos (2) competidores dividiendo la misma
en bloques y denominaacutendolas Banda ldquoArdquo y Banda ldquoBrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT desarrolloacute un modelo junto con Motorola conocido como
Dyna-TACS o TACS que significa Total Access Communications
System el cual se puso en marcha en Baltimore y en Washington
DC por la compantildeiacutea Cellular One el 16 de diciembre de 1983
Otro estaacutendar que surgioacute fue el de AURORA-400 en Canadaacute en
febrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel Este sistema
llamado descentralizado opera en los 420 MHz y utilizaba 86
ceacutelulas funcionando mejor en aacutereas rurales por su poca capacidad
pero cobertura amplia
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Eacuteste es el primer teleacutefono celular de la historia el abuelo de los que conocemos en la actualidad Su nombre es
Motorola DynaTAC 8000X y aparecioacute por primera vez en el antildeo de 1983
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El concepto de comunicaciones moacuteviles utilizando una red celular
nacioacute en 1947 en los Bell Laboratories el departamento de pesquisa
de ATampT el uacutenico operador norte-americano a la fecha Por
entonces la idea no era realizable debido a dificultades en la
concesioacuten de espectro de radio por parte de las autoridades Pero a
partir de 1960 los Bell Labs y Motorola empezaron a estudiar el
concepto y intentando ponerlo en praacutectica La carrera al celular fue
vencida por Motorola en el diacutea tres de Abril de 1973 gracias a los
esfuerzos de Cooper que pretendiacutea que las personas fuesen capaces
de transportar y utilizar su teleacutefono en todos los sitios
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El diacutea tres de Abril de 1973 Cooper estaba en la esquina de una
calle en Manhattan camino de una conferencia de prensa en un
hotel cuando decidioacute intentar hacer una llamada personal Cooper
cogioacute su terminal Dyna-Tac presionoacute la tecla para conectar el moacutevil
y el aparato logroacute conectarse a la red fija a traveacutes de la estacioacuten-base
instalada en el tope de un edificio Entonces Cooper marcoacute el
nuacutemero de su rival Joel Engel el responsable del departamento de
pesquisa de Bell Labs No obstante la introduccioacuten del primer
servicio comercial apenas sucedioacute en 1979 en Japoacuten y apenas en
1982 la FCC aproboacute en los Estados Unidos el lanzamiento por parte
de la empresa Ameritech del primer sistema moacutevil comercial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
No fue sino hasta marzo de 1977 cuando la FCC aproboacute que Bell
probara un sistema celular en Chicago
En 1978 en EEUU comenzoacute a operar el Servicio Telefoacutenico
Moacutevil Avanzado o Advanced Mobile Phone Service AMPS
En ese antildeo 10 ceacutelulas cubriacutean 355000 kms cuadrados en el aacuterea
de Chicago operando en las nuevas frecuencias en la banda de 800
MHz
Esta red utilizaba circuitos integrados LS una computadora
dedicada y un sistema de conmutacioacuten lo que proboacute que los
sistemas celulares podiacutean funcionar
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial La seleccioacuten y asignacioacuten de la banda de 800 MHz a la telefoniacutea
celular se basoacute en las limitaciones existentes en las otras bandas
del espectro
No era la banda de frecuencia maacutes idoacutenea pero con la tecnologiacutea
vigente del momento podiacutea desplegarse y ser implementada pero
sin ir maacutes allaacute de la misma Las tecnologiacuteas futuras permitieron
despliegues en bandas superiores
La FCC despueacutes de analizar todas las estrategias de factibilidad
mercado y eficiencias de operacioacuten decidioacute adjudicar en 1980 las
bandas de 800 MHz a dos (2) competidores dividiendo la misma
en bloques y denominaacutendolas Banda ldquoArdquo y Banda ldquoBrdquo
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ATampT desarrolloacute un modelo junto con Motorola conocido como
Dyna-TACS o TACS que significa Total Access Communications
System el cual se puso en marcha en Baltimore y en Washington
DC por la compantildeiacutea Cellular One el 16 de diciembre de 1983
Otro estaacutendar que surgioacute fue el de AURORA-400 en Canadaacute en
febrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel Este sistema
llamado descentralizado opera en los 420 MHz y utilizaba 86
ceacutelulas funcionando mejor en aacutereas rurales por su poca capacidad
pero cobertura amplia
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Eacuteste es el primer teleacutefono celular de la historia el abuelo de los que conocemos en la actualidad Su nombre es
Motorola DynaTAC 8000X y aparecioacute por primera vez en el antildeo de 1983
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En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
El diacutea tres de Abril de 1973 Cooper estaba en la esquina de una
calle en Manhattan camino de una conferencia de prensa en un
hotel cuando decidioacute intentar hacer una llamada personal Cooper
cogioacute su terminal Dyna-Tac presionoacute la tecla para conectar el moacutevil
y el aparato logroacute conectarse a la red fija a traveacutes de la estacioacuten-base
instalada en el tope de un edificio Entonces Cooper marcoacute el
nuacutemero de su rival Joel Engel el responsable del departamento de
pesquisa de Bell Labs No obstante la introduccioacuten del primer
servicio comercial apenas sucedioacute en 1979 en Japoacuten y apenas en
1982 la FCC aproboacute en los Estados Unidos el lanzamiento por parte
de la empresa Ameritech del primer sistema moacutevil comercial
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
No fue sino hasta marzo de 1977 cuando la FCC aproboacute que Bell
probara un sistema celular en Chicago
En 1978 en EEUU comenzoacute a operar el Servicio Telefoacutenico
Moacutevil Avanzado o Advanced Mobile Phone Service AMPS
En ese antildeo 10 ceacutelulas cubriacutean 355000 kms cuadrados en el aacuterea
de Chicago operando en las nuevas frecuencias en la banda de 800
MHz
Esta red utilizaba circuitos integrados LS una computadora
dedicada y un sistema de conmutacioacuten lo que proboacute que los
sistemas celulares podiacutean funcionar
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial La seleccioacuten y asignacioacuten de la banda de 800 MHz a la telefoniacutea
celular se basoacute en las limitaciones existentes en las otras bandas
del espectro
No era la banda de frecuencia maacutes idoacutenea pero con la tecnologiacutea
vigente del momento podiacutea desplegarse y ser implementada pero
sin ir maacutes allaacute de la misma Las tecnologiacuteas futuras permitieron
despliegues en bandas superiores
La FCC despueacutes de analizar todas las estrategias de factibilidad
mercado y eficiencias de operacioacuten decidioacute adjudicar en 1980 las
bandas de 800 MHz a dos (2) competidores dividiendo la misma
en bloques y denominaacutendolas Banda ldquoArdquo y Banda ldquoBrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT desarrolloacute un modelo junto con Motorola conocido como
Dyna-TACS o TACS que significa Total Access Communications
System el cual se puso en marcha en Baltimore y en Washington
DC por la compantildeiacutea Cellular One el 16 de diciembre de 1983
Otro estaacutendar que surgioacute fue el de AURORA-400 en Canadaacute en
febrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel Este sistema
llamado descentralizado opera en los 420 MHz y utilizaba 86
ceacutelulas funcionando mejor en aacutereas rurales por su poca capacidad
pero cobertura amplia
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Eacuteste es el primer teleacutefono celular de la historia el abuelo de los que conocemos en la actualidad Su nombre es
Motorola DynaTAC 8000X y aparecioacute por primera vez en el antildeo de 1983
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
No fue sino hasta marzo de 1977 cuando la FCC aproboacute que Bell
probara un sistema celular en Chicago
En 1978 en EEUU comenzoacute a operar el Servicio Telefoacutenico
Moacutevil Avanzado o Advanced Mobile Phone Service AMPS
En ese antildeo 10 ceacutelulas cubriacutean 355000 kms cuadrados en el aacuterea
de Chicago operando en las nuevas frecuencias en la banda de 800
MHz
Esta red utilizaba circuitos integrados LS una computadora
dedicada y un sistema de conmutacioacuten lo que proboacute que los
sistemas celulares podiacutean funcionar
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial La seleccioacuten y asignacioacuten de la banda de 800 MHz a la telefoniacutea
celular se basoacute en las limitaciones existentes en las otras bandas
del espectro
No era la banda de frecuencia maacutes idoacutenea pero con la tecnologiacutea
vigente del momento podiacutea desplegarse y ser implementada pero
sin ir maacutes allaacute de la misma Las tecnologiacuteas futuras permitieron
despliegues en bandas superiores
La FCC despueacutes de analizar todas las estrategias de factibilidad
mercado y eficiencias de operacioacuten decidioacute adjudicar en 1980 las
bandas de 800 MHz a dos (2) competidores dividiendo la misma
en bloques y denominaacutendolas Banda ldquoArdquo y Banda ldquoBrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT desarrolloacute un modelo junto con Motorola conocido como
Dyna-TACS o TACS que significa Total Access Communications
System el cual se puso en marcha en Baltimore y en Washington
DC por la compantildeiacutea Cellular One el 16 de diciembre de 1983
Otro estaacutendar que surgioacute fue el de AURORA-400 en Canadaacute en
febrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel Este sistema
llamado descentralizado opera en los 420 MHz y utilizaba 86
ceacutelulas funcionando mejor en aacutereas rurales por su poca capacidad
pero cobertura amplia
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Eacuteste es el primer teleacutefono celular de la historia el abuelo de los que conocemos en la actualidad Su nombre es
Motorola DynaTAC 8000X y aparecioacute por primera vez en el antildeo de 1983
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial La seleccioacuten y asignacioacuten de la banda de 800 MHz a la telefoniacutea
celular se basoacute en las limitaciones existentes en las otras bandas
del espectro
No era la banda de frecuencia maacutes idoacutenea pero con la tecnologiacutea
vigente del momento podiacutea desplegarse y ser implementada pero
sin ir maacutes allaacute de la misma Las tecnologiacuteas futuras permitieron
despliegues en bandas superiores
La FCC despueacutes de analizar todas las estrategias de factibilidad
mercado y eficiencias de operacioacuten decidioacute adjudicar en 1980 las
bandas de 800 MHz a dos (2) competidores dividiendo la misma
en bloques y denominaacutendolas Banda ldquoArdquo y Banda ldquoBrdquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ATampT desarrolloacute un modelo junto con Motorola conocido como
Dyna-TACS o TACS que significa Total Access Communications
System el cual se puso en marcha en Baltimore y en Washington
DC por la compantildeiacutea Cellular One el 16 de diciembre de 1983
Otro estaacutendar que surgioacute fue el de AURORA-400 en Canadaacute en
febrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel Este sistema
llamado descentralizado opera en los 420 MHz y utilizaba 86
ceacutelulas funcionando mejor en aacutereas rurales por su poca capacidad
pero cobertura amplia
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Eacuteste es el primer teleacutefono celular de la historia el abuelo de los que conocemos en la actualidad Su nombre es
Motorola DynaTAC 8000X y aparecioacute por primera vez en el antildeo de 1983
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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ATampT desarrolloacute un modelo junto con Motorola conocido como
Dyna-TACS o TACS que significa Total Access Communications
System el cual se puso en marcha en Baltimore y en Washington
DC por la compantildeiacutea Cellular One el 16 de diciembre de 1983
Otro estaacutendar que surgioacute fue el de AURORA-400 en Canadaacute en
febrero de 1983 utilizando equipo de GTE y NovAtel Este sistema
llamado descentralizado opera en los 420 MHz y utilizaba 86
ceacutelulas funcionando mejor en aacutereas rurales por su poca capacidad
pero cobertura amplia
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Eacuteste es el primer teleacutefono celular de la historia el abuelo de los que conocemos en la actualidad Su nombre es
Motorola DynaTAC 8000X y aparecioacute por primera vez en el antildeo de 1983
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Eacuteste es el primer teleacutefono celular de la historia el abuelo de los que conocemos en la actualidad Su nombre es
Motorola DynaTAC 8000X y aparecioacute por primera vez en el antildeo de 1983
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En Europa el sistema celular Telefoniacutea Moacutevil Noacuterdico o Nordic
Mobile Telephone System NMT450 inicioacute operaciones en
Dinamarca Suecia Finlandia y Noruega en el rango de 450 MHz
En 1985 la Gran Bretantildea empezoacute a usar TACS en la banda de 900
MHz Maacutes tarde Alemania Occidental implementoacute C-Netz Los
franceses Radiocom 2000 y los Italianos RTMIRTMS
Todos ellos ayudaron a que hubiera nueve sistemas
incompatibles a diferencia de los EEUU que no sufriacutean de este
problema Desde aquiacute se pensoacute en un plan para crear un sistema
digital uacutenico para Europa
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1989 surge GSM primero conocido como Grupo Especial
Moacutevil y luego como Sistema Global para Comunicaciones Moacuteviles
Lo maacutes destacado de eacutel es que unifica los sistemas europeos
Desde 1993 los sistemas se estaban desbordando de usuarios en
EEUU estos crecieron de medio milloacuten en 1989 a maacutes de trece
millones en 1993
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1990 el sistema celular en EEUU agregoacute una nueva
caracteriacutestica el traacutefico de la voz se convirtioacute en digital
Esto triplicoacute la capacidad con el muestreo digitalizacioacuten y
multicanalizacioacuten de las conversaciones
Para 1991 el servicio celular digital comenzoacute a emerger
reduciendo el costo de las comunicaciones inalaacutembricas y
mejorando la capacidad de manejar llamadas de los sistemas
celulares analoacutegicos
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1992 el primer sistema digital GSM (Groupe Speciale Mobile
primero y despueacutes consolidado como Global System Mobile)
entra en operacioacuten en Alemania siendo actualmente el estaacutendar en
Europa Operan en las bandas de 800 y 900 MHz
En EEUU entran en operacioacuten en 1993 el sistema NA-TDMA
(D-AMPS) y en 1995 el CDMA Posteriormente entra en
operacioacuten un GSM en la banda de 1900 MHz llamado PCS
En Japoacuten su sistema PDC (Personal Digital Cellular) se desplegoacute
inicialmente en 1994
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
En 1994 Qualcomm Inc propuso un escenario de espectro
esparcido para incrementar la capacidad Construido en
conocimientos anteriores el Code Division Multiple Access CDMA
o Acceso Muacuteltiple por Divisioacuten de Coacutedigo seriacutea en todos sus
elementos digital ademaacutes de que prometiacutea de 10 a 20 veces mayor
capacidad
En estos diacuteas maacutes de la mitad de los teleacutefonos en el mundo
operaban de acuerdo a los estaacutendares de AMPS y en su inicio maacutes
humilde nadie pensoacute que seriacutea el que conviviriacutea con TDMA o
CDMA para obtener sistemas duales con tecnologiacutea analoacutegica y
digital
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
Inicioacute operaciones desde 1991 con TELCEL ahora MOVISTAR
a traveacutes de la banda A en 800 MHz posteriormente MOVILNET
en 1993 entroacute a operar en la banda B Los dos (2) sistemas
basados inicialmente en la tecnologiacutea AMPS
Movistar de Venezuela compartioacute la red AMPS con CDMA2000
y GSM 850 Mhz hasta el 15 de marzo de 2007 cuando se apagoacute
dicha red para liberar espectro
MOVISTAR evolucionoacute a CDMA con sus variantes CDMA2000
y EV-DO para datos y ahora GSM con EDGE y posteriormente
UMTS
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Caso Venezuela
MOVILNET de Venezuela utilizoacute CDMA2000 y TDMA (D-
AMPS) en conjunto Este uacuteltimo fue apagado y se estaacute realizando
una inversioacuten para implantar una red GSM en 850 y 1900 Mhz
desde el antildeo 2008
DIGITEL arrancoacute directamente con GSM en los 900 MHz y
MOVISTAR desplegoacute GSM en 850 MHz
MOVISTAR Y MOVILNET estaacuten en procesos de migracioacuten para
trabajar GSM en 1900 MHz para la implementacioacuten de sus redes
35 G
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
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1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Resumen Histoacuterico e Evolucioacuten Mundial El inventor del teleacutefono moacutevil y premio Priacutencipe de Asturias a la
Investigacioacuten Cientiacutefica y Teacutecnica 2009 Martiacuten Cooper aseguroacute
entonces que la tecnologiacutea moacutevil continuacutea siendo nueva un
bebeacute
Sin embargo pese a todos estos avances el llamado padre del
teleacutefono moacutevil aseguroacute hoy que esta tecnologiacutea auacuten es muy nueva
y tiene enormes posibilidades para desarrollarse en el futuro
Una de sus orientaciones explicoacute seraacute emplear los dispositivos
moacuteviles en el campo de la salud lo que permitiraacute detectar a
tiempo los infartos controlar el ritmo cardiaco el peso o la
temperatura corporal
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Pero sin duda dijo el futuro de la tecnologiacutea moacutevil pasa por su
integracioacuten con Internet combinacioacuten que mejoraraacute la
productividad reduciraacute el coste de las redes dotaraacute al producto
de maacutes seguridad y revolucionaraacute la interaccioacuten social lo que
cambiaraacute maacutes auacuten la vida a los ciudadanos
ldquoLas nuevas tecnologiacuteasrdquo aseguroacute ldquohan modificado los usos de
los usuarios y por ello se estaacute revirtiendo la tendencia de aquellos
que prefieren tener una liacutenea fija de teleacutefono a una red
inalaacutembricardquo
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
ldquoAsimismo los teleacutefonos moacuteviles en un futuro no muy lejano
podraacuten realizar controles demograacuteficos de traacutefico o incluso
determinar las pautas de comportamiento de los ciudadanos algo
que a los Gobiernos les genera cierta inseguridad dada la falta de
privacidad que ello suponerdquo
Martin Cooper
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Conceptos Generales
Cellular and Data User Numbers
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
20012002
20032004
20052006
20072008
20092010
2011
Po
pu
lati
on
Cel
l amp D
ata
Use
rs (
Mn
)
Population (Mn)
Cellular Users (Mn)
Cellular Data Users
(Mn)
Continuo Crecimiento de la Base Mundial de usuarios y del uso de servicios de datos
moacuteviles
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Conceptos Generales
Con el peso mayor del mercado de data moacutevil recayendo en comunicacioacuten
SMS MMS Mensajeriacutea Instantaacutenea e-mail
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Evolucion de Tecnologiacuteas Moviles
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Actualidad Celular
Caso Venezuela
Seguacuten Cifras de CONATEL IV Trimestre 2012
Total de liacuteneas Crecioacute un 432
Penetracioacuten de 106 liacuteneas por cada 100 habitantes
Liacuteneas en uso (al menos recibiendo SMS) 102
5 millones de suscriptores a planes Blackberry 4311 de
Incremento en el ultimo antildeo
Tipo de Tecnologiacutea
GSM 6752
CDMA 3248
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Actualidad Celular
MOVISTAR CONATEL IV-2012
Inversioacuten Bs 340000 MM
1105 nodos Incremento de 85
241 sitios nuevos
973 Kms de fibra oacuteptica
Incremento de velocidad en horas pico de 255 Kbps a 425 Kbps
Mas de 3000000 de smartphones (lider)
20 de penetracioacuten
55 del total de mercados de Smartphones
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Actualidad Celular
DIGITEL CONATEL IV-2012
Inversioacuten $ 268 MM
Crecimiento 2 para un total de 5669324 suscriptores
783320 banda ancha moacutevil
185499 liacuteneas fijas
Total 6637143 suscriptores
Prepagos 6247383 94
Postpagos 389760 6
650 Kms de fibra oacuteptica
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Actualidad Celular
MOVILNET -CANTV CONATEL IV-2012
15956000 Suscriptores
4402895 equipos vendidos
2188905 497 fabricados en el paiacutes (Orinokia-Vtelca)
240000 Suscriptores TV satelital
66 MM Suscriptores de Telefoniacutea Fija
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Surgimiento de los Sistemas Celulares
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Sistemas Celulares Conceptos Baacutesicos
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Concepto Celular
LA FCC (Federal Communications Commision) de EEUU
apunta como objetivo a sistemas que necesiten un miacutenimo ancho
de banda para servir a la mayor cantidad de usuarios
ldquoUn Sistema de Telefoniacutea Moacutevil ideal es el que pueda trabajar en
una banda de frecuencias limitada asignada y pueda servir a un
nuacutemero ilimitado de usuarios en un aacuterea ilimitadardquo
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Concepto Celular
Cuando se definioacute el sistema de telefoniacutea celular se tratoacute de realizar
un sistema que no tuviera las falencias de los sistemas de
comunicacioacuten moacuteviles viacutea radio anteriores
Para esto se plantearon objetivos que llevaron a la necesidad del
concepto celular
Estos objetivos son
1048707 Alta capacidad de servicio Capacidad para dar servicio de
traacutefico a varios miles de usuarios dentro de una zona determinada y
con un espectro asignado (Algunos cientos de canales de voz)
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Concepto Celular
1048707 Uso eficiente del espectro Uso eficiente de un recurso muy
limitado como es el espectro de radio asignado al uso puacuteblico
1048707 Adaptabilidad a la densidad de traacutefico La densidad de traacutefico
variacutea en los distintos puntos de un aacuterea de servicio el sistema se
tiene que adaptar a estas variaciones
1048707 Compatibilidad Seguir un estaacutendar de forma tal de proveer el
mismo servicio baacutesico con las mismas normas de operacioacuten a lo
largo de todo el paiacutes
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Concepto Celular
1048707 Facilidad de extensioacuten Se trata que un usuario pueda cambiar
de aacuterea de servicio pasando a una distinta y tener la posibilidad de
comunicarse Lo que conocemos hoy diacutea como Roaming
1048707 Servicio a vehiacuteculos y portaacutetiles
1048707 Calidad de servicio Implica seguir niveles estaacutendares de
bloqueo y calidad de voz
1048707 Accesible al usuario Es decir que el costo del servicio pueda
ser afrontado por un gran nuacutemero de personas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Conceptos Generales
iquestQueacute es Telefoniacutea Celular bull Definimos telefoniacutea moacutevil como aquel sistema de transmisioacuten en
el cual el usuario dispone de un terminal que no es fijo y que no
tiene cables y que le permite asiacute gran movilidad y localizacioacuten en
la zona geograacutefica donde se encuentre la red
bull Es un servicio de radio celular que se basa en dar cobertura a un
territorio a traveacutes de diversas estaciones base que cada una da un
aacuterea de cobertura llamada ceacutelula (normalmente son hexagonales)
Con este sistema al dividir el territorio se evita el problema de la
restriccioacuten del ancho de banda Pues se podraacute transmitir en
diferentes frecuencias que no estaacuten ocupadas en otras nuevas ceacutelulas
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Conceptos Generales
iquestQueacute es una Ceacutelula bull Es la unidad baacutesica del sistema
bull Una zona se reparte en varias ceacutelulas (aacutereas maacutes pequentildeas) de
forma hexagonal para poder abarcar todo el espacio
bull En cada ceacutelula existe una estacioacuten base transmisora con lo cual se
pueden tener muacuteltiples canales para el uso de decenas de celulares
de manera simultaacutenea Cuando un usuario pasa de una ceacutelula a otra
deja la frecuencia que estaba utilizando para el uso de otro celular
y toma la frecuencia libre de la ceacutelula a la que pasoacute
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Conceptos Generales
EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia espectral es diferente de la eficiencia de canal En la
mayoriacutea de los sistemas la eficiencia de canal estaacute directamente
relacionada con la eficiencia espectral pero en sistemas
celulares donde los canales son reusados varias veces la
eficiencia espectral no es igual a la eficiencia de canal
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Conceptos Generales EFICIENCIA ESPECTRAL Y ESQUEMAS CELULARES
La eficiencia de canal es definida como el maacuteximo nuacutemero de
canales que se pueden proveer sobre un dado ancho de banda
espectral
La eficiencia espectral es definida como el nuacutemero maacuteximo de
llamadas que pueden ser servidas en un aacuterea maacutexima
Por lo tanto la eficiencia espectral y no la eficiencia de canal es
el paraacutemetro que esperamos maximizar en un sistema celular
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Conceptos Generales CONCEPTO CELULAR
Con el fin de cumplir con los objetivos enumerados previamente
principalmente los dos primeros esto es brindar servicio a miles
de usuarios con un recurso limitado como es el espectro es que
se llega al concepto de celular
Reutilizacioacuten de Frecuencias y divisioacuten en Celdas
En los sistemas celulares el aacuterea de cobertura de un operador es
dividida en celdas Una celda corresponde a una zona cubierta
por un transmisor o una pequentildea coleccioacuten de transmisores El
tamantildeo de la celda depende de la potencia del transmisor banda
de frecuencia utilizada altura y posicioacuten de la torre de la antena
el tipo de antena la topografiacutea del aacuterea y la sensibilidad del radio
receptor
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Conceptos Generales
Ceacutelula o celda es el aacuterea en el cual un sitio de transmisioacuten
particular es el maacutes probable de servir las llamadas telefoacutenicas
moacuteviles
Un canal de radio consiste en un par de frecuencias una en
cada direccioacuten de transmisioacuten que son usadas para una operacioacuten
full-duplex Un canal de radio en particular F1 es usado en una
zona geograacutefica llamada celda C1 con un radio de cobertura R
Este mismo canal puede ser usado en otra celda con el mismo
radio de cobertura a una distancia D de separacioacuten
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Imagen de mercadeo de las celdas de forma hexagonal
La forma hexagonal de las celdas es una imagen artificial
imposibles de generar en la realidad La forma hexagonal en los
planos de planta o ldquolayoutsrdquo ha servido a los ingenieros de
desarrollo como una viacutea simple para la planificacioacuten y disentildeo de
los sistemas partiendo de su parecido a una forma circular la cual
es la forma ideal de la imagen de cobertura sin embargo se
solapan entre si las aacutereas de cobertura haciendo poco claro el
graacutefico
Las formas hexagonales son maacutes amigables para ajustarse al aacuterea
planificada sin espacios vaciacuteos o peacuterdidas ni solapamiento entre
las celdas Lo anterior ha permitido emplear mecanismos de
disentildeo simples sin recurrir a meacutetodos estadiacutesticos engorrosos
Representacioacuten de Celdas
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Frequency reuse exercise
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Frequency Reuse Patterns (3x3)
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull 1 2 3
4 5
7 8
9
6
bull
bull bull
bull
bull
bull
bull
bull
bull bull
bull
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Conceptos Generales
Celdas
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Sistemas Celulares Canalizacioacuten
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 666 canales estaacuten divididos en dos grupos el bloque del
sistema A y el bloque del sistema B Cada mercado (cada ciudad)
tiene dos sistemas para evitar el monopolio Cada bloque posee
333 canales y estaacuten numerados como se indica
Existen 42 canales de set-up los cuales son asignados de la
siguiente forma
1048707 Bloque A canales 313-333
1048707 Bloque B canales 334-354
Los canales de voz son asignados de la siguiente forma
1048707 Bloque A canales 1-312
1048707 Bloque B canales 355-666
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
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Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
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Handoff o Handover
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TCBTS
BTS
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Old Cell BTS New Cell BTS
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Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Canales de Telefoniacutea Celular
Los 42 canales de set-up son asignados en el medio de todos los
canales disponibles para facilitar la buacutesqueda de los mismos
mediante sintetizadores de frecuencia
Posteriormente se otorgoacute un espectro adicional de 10 MHz que
proporcionoacute 166 canales adicionales
En principio con un ancho de banda de 30 KHz por canal se
establecieron 333 canales para cada banda o bloque en grupos de
20 MHz
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Canales de Telefoniacutea Celular
BANDA Moacutevil Estacioacuten Base
A 824-835 845-8465 869-880 890-8915
B 835-845 8465-849 880-890 8915-894
En Julio de 1986 le asignaron 5 MHz adicionales a cada
banda que implicoacute disponer de 83 canales maacutes para cada
una La acomodacioacuten de los canales adicionales estuvo
lista para 1988
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
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Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Canales de Telefoniacutea Celular
Comparacioacuten de la carga ofrecida
Un ejemplo comparativo entre operar con un solo sistema con
666 canales en relacioacuten a operar dos (2) con 333 canales cada
uno
Se asumiraacute que
Los canales se distribuiraacuten en 7 celdas
Una probabilidad de bloqueo de llamadas de 002
Tiempo promedio de una llamada asumido TpL= 176 min
Qi es el nuacutemero de llamadas hora pico de ocupacioacuten
Formula Qi = (Trafico Ofrecido(Erlangs)x 60)TpL
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Red Tipica
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Canales de Telefoniacutea Celular
Seguacuten modelo ERLANG-B
Con N1 = 666 7 = 95
y B = 002 (2) implica una carga ofrecida A1 = 831
Para N2 = 333 7 = 475 con B = 002 A2 = 38
A1 mayor 2 x A2
Qi = (Ai x 60) 176 = llamadas hora
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Canales de Telefoniacutea Celular
Q1 = 283295 llamadas hora (Un operador)
Q2 = 129545 x 2 = 25909 llamadashora (Dos operadores)
Factor de degradacioacuten de eficiencia de troncalizacioacuten ldquoNerdquo
Ne = (283295 - 25909) 283295 = 85 para un
bloqueo del 2
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Graciashelliphellip
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Digitalizacioacuten de voz
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Teorema de Nyquist-Shannon
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Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Teorema de Nyquist-Shannon Desarrollado por H Nyquist quien afirmaba que una sentildeal analoacutegica puede ser
reconstruiacuteda sin error de muestras tomadas en iguales intervalos de tiempo La
razoacuten de muestreo debe ser igual o mayor al doble de su ancho de banda de la
sentildeal analoacutegica
La teoriacutea del muestreo define que para una sentildeal de ancho de banda limitado la
frecuencia de muestreo fm debe ser mayor que dos veces su ancho de banda [B]
medida en Hertz [Hz]
fm gt 2middotB
Supongamos que la sentildeal a ser digitalizada es la vozel ancho de banda de la voz
es de 4000 Hz aproximandamente Entonces su razoacuten de muestreo sera 2B=
2(4000 Hz) es igual a 8000 Hz equivalente a 8000 muestras por segundo
(18000) Entonces la razoacuten de muestreo de la voz debe ser de al menos 8000 Hz
para que puede regenerarse sin error
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Red Tipica
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Canalizacioacuten Celular
Servicio Banda Ocupada
FM 100 Mhz
TV Abierta 41 - 960 Mhz
Sistemas de Radio 118 - 136 Mhz
Servicios Militares 225 - 400 Mhz
Servicios Localizacioacuten Mariacutetima 160 Mhz
Enlaces de Estaciones Fija 100 Mhz
Tv Educacional 800 Mhz
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Componentes del Sistema Celular
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Red Tipica
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Red Tipica
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Un sistema celular estaacute formado por tres partes baacutesicas
1 Las unidades moacuteviles MS
2 La celda o sitio de celda BTS
3 La Oficina o central de conmutacioacuten de telefoniacutea moacutevil
denominada MTSO oacute MSC de sus siglas en ingleacutes
Las unidades moacuteviles (MS) en esencia general disponen de
una unidad de control un transceptor (transceiver) y un sistema
de antena
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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La celda o sitio de celda (BTS) se interconecta con la MCS y
los moacuteviles dispone de unidades de control equipos de radio
antenas fuentes de poder y terminales de datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Graciashelliphellip
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Digitalizacioacuten de voz
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Configuracioacuten de Antenas en BTS
BTS Omnidireccional
f1f2 f3
BTS 3 sectores
BTS 2 sectores
f2 f1 f2
f5 f6
f1
f3 f4
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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La MTSO o MSC coordina la gestioacuten entre las celdas
dispone del conmutador celular se interconecta con la red de
telefoniacutea puacuteblica y otras controla e proceso de la s llamadas y
las gestiones de tarificacioacuten
El sistema dispone de los enlaces de radio e interconexiones de
datos de alta velocidad para la integracioacuten de los tres (3)
subsistemas
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Cada moacutevil utiliza un canal de frecuencia a la vez coordinado
por la celda la cual tiene capacidades de multicanal para servir
varias unidades moacuteviles a la vez
La MTSO o MSC al ser el corazoacuten del sistema provee
coordinacioacuten central y administracioacuten celular El conmutador
celular el cual puede ser analoacutegico o digital controla las
llamadas para interconectar entre si los subscriptores moacuteviles o
entre el subscriptor moacutevil a la red telefoacutenica nacional u otra
interconectada a la red celular en gestioacuten
Se utilizan enlaces de voz similarmente a los enlaces inter-
centrales de la compantildeiacutea telefoacutenica
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Los enlaces de datos proveen supervisioacuten entre el procesador y
el conmutador y entre las celdas y el procesador Los enlaces
de alta velocidad no pueden (ldquono podiacuteanrdquo) viajar a traveacutes de los
enlaces de voz por lo tanto se utilizan enlaces de microondas o
de fibra oacuteptica a traveacutes de los cuales tambieacuten viaja voz y datos
Componentes de Un Sistema Celular Basico
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Arquitectura Red Celular
Mobile Stations Base Station Subsystem Network Management Subsystem
Base Transceiver Stations
Base Station Controller
Transcoder Submultiplexer
Digital Cross Connect
A-Interface Air Interface X25 Interface Abis Interface
IN Service Control Point Short Message Service Centre
Voice mail
Mobile Switching Centre Visitor Location Register
Home Location Register Authentication Centre Equipment Identity Register
Network Switching Subsystem
PSTNISDN
Communications Server
Data Communication
Network
Database Server
Workstations
Network Planning System
Network Measurement System
TCPIP
Data Communications Server
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Graciashelliphellip
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Digitalizacioacuten de voz
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
EN UN SISTEMA CELULAR
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Se tienen tres (3) categoriacuteas Basicas para especificar y definir el
criterio de desempentildeo de UNA red celular
(1) Calidad de voz
(2) Calidad de servicio y
(3) Caracteriacutesticas especiales
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Digitalizacioacuten de voz
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Calidad de Voz Definido para sistemas comerciales basado en
la fijacioacuten de un valor ldquoXrdquo al cual un porcentaje de usuarios
ldquoYrdquo designan la calidad de voz del sistema (desde el transmisor
al receptor) como bueno o excelente
El promedio de los valores CM obtenido de los escuchas se
llama MOS de las siglas en ingleacutes de ldquoponderacioacuten de opinioacuten
mediardquo Usualmente la calidad de conversacioacuten de voz estaacute
alrededor de un MOS ge 4
Los niveles de meacuterito (CM) estaacuten estimados de acuerdo a la
tabla siguiente
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CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
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Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
CM PONDERACIOacuteN ESCALA DE CALIDAD
CM5 5 Excelente Conversacioacuten perfectamente
entendible
CM4 4 Buena Conversacioacuten faacutecilmente entendible
alguacuten ruido
CM3 3 Regular Conversacioacuten entendible con
pequentildeo esfuerzo ocasionales necesidades
de repeticioacuten de lo conversado
CM2 2 Pobre Conversacioacuten entendible con gran
esfuerzo repeticiones frecuentes necesarias
CM1 1 Insatisfactoria Conversacioacuten no entendible
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Digitalizacioacuten de voz
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Calidad del Servicio Tres aspectos definen la calidad del
servicio (1) Cobertura (2) Grado requerido de servicio y (3)
Nuacutemero de llamadas perdidas
1 Cobertura La idea es que se sirva un aacuterea tan grande
como sea posible sin embargo considerando las
configuraciones del aacuterea geograacutefica es imposible cubrir el
100 debido a
(A) Potencia de Transmisioacuten deberiacutea ser demasiado alta
para cubrir todos los puntos oscuros o sombras que
disparariacutea los precios
(B) Con mayor Potencia Transmitida maacutes difiacutecil controlar
la interferencia
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Lo anterior se ha estilado establecer cubrir hasta el 90 de los
terrenos planos y hasta el 75 en los terrenos montantildeosos
Por ejemplo en un sistema AMPS 75 de los usuarios
designan calidad de voz buena en un 90 del aacuterea servida lo
cual es generalmente terreno plano En aacutereas montantildeosas el
90 de los usuarios definen calidad buena de voz en un 75
del aacuterea cubierta La modificacioacuten de los valores anteriores
implica un sistema maacutes caro o maacutes barato
2 Grado Requerido de Servicio Relacionado con alcanzar los
niveles maacutes bajos posibles en las probabilidades de bloqueo se
espera en gral un 2 de probabilidad aunque en la horas
pico puede aumentar Un buen sistema debe contar con
suficientes canales para combatir esta desventaja
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Graciashelliphellip
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Digitalizacioacuten de voz
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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3 Nuacutemero de llamadas perdidas Durante Q llamadas en una
(1) hora si una llamada es perdida y Q-1 son completadas
implica que el promedio de llamadas perdidas es 1Q Valor
que se desea bajo
Si el valor promedio es alto puede deberse a problemas de
cobertura o handoffs ejecutados en inadecuadas
disponibilidades de canal
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Caracteriacutesticas especiales las que definen el desempentildeo y lo
atractivo de un sistema celular como las llamadas en espera en
conferencia las mensajeriacuteas de voz y texto ldquoroamingrdquo
navegacioacuten internet etc En proceso de mejoras y evolucioacuten
con las nuevas generaciones de tecnologiacutea digital en desarrollo
CRITERIOS DE DESEMPENtildeO
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Digitalizacioacuten de voz
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Procesos en las Operaciones de Sistemas Celulares
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Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Graciashelliphellip
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Digitalizacioacuten de voz
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Inicializacioacuten de la unidad moacutevil Al activarse o encenderse
manualmente la unidad moacutevil eacutesta busca o ldquoescaneardquo los
canales configurados entre los posibles en utilizacioacuten
seleccionando el maacutes fuerte y espera un tiempo este canal
generalmente corresponde al controlado por el sitio de celda
maacutes cercano a la ubicacioacuten del moacutevil Este esquema de
autolocalizacioacuten es realizado en la condicioacuten de desocupacioacuten
(idle) y es independiente de las decisiones del usuario este
esquema de funcionamiento ahorra tiempo de gestioacuten y
procesamiento a los equipos de la celda Inicialmente el sitio de
celda no tiene informacioacuten de la actividad del moacutevil la cual se
actualiza y activa al darse el proceso de ldquoautoregistrordquo
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Graciashelliphellip
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Digitalizacioacuten de voz
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Tipos de Registration (Idle)
bull Inicializacion (Power On) bull Tambieacuten conocido como ldquoLocation Registrationrdquo
bull Realizado cada vez que el Mobile Station es encendido
bull Generico bull Hecho cada vez que el Mobile Station cambia
de celda
bull Periodico bull Ejecutado despueacutes que expira el tiempo
establecido desde la uacuteltima transaccioacuten hecha con la red
bull Los tiempos de ejecucioacuten los establece cada operador
La Mobile Station siempre inicia este procedimiento
V L R M S C
LA 2 LA 1
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
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PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Digitalizacioacuten de voz
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Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Llamada originada en el moacutevil Al enviarse con la tecla ldquosendrdquo
el nuacutemero registrado en la unidad moacutevil implica un proceso de
requisicioacuten transmitieacutendose sobre el canal seleccionado
obtenido del proceso de autolocalizacioacuten y registro La BTS de la
celda recibe la sentildeal y si es direccionable selecciona la antena
directica adecuada para el canal de voz y datos a utilizar Al
mismo tiempo se enviacutea una requisicioacuten a la MTSO a traveacutes del
enlace de datos de alta velocidad aquiacute se selecciona el canal de
voz apropiado para la llamada la BTS de la celda actuacutea sobre el
mismo a traveacutes de la mejor antena direccionada para enlazar el
moacutevil receptor
Procesos en las Operaciones Celulares
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Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
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MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Si la llamada es hacia un abonado externo a la red celular la
interconexioacuten al mismo con la PSTN (Red Conmutada de
Telefoniacutea Puacuteblica de sus siglas en ingleacutes) a hacia alguna
eventual PABX (red telefoacutenica privada externa) uacute otro sistema
celular se hace a traveacutes de la MTSO
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Graciashelliphellip
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Digitalizacioacuten de voz
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Llamada Saliente desde un Movil
Llamada Origen
Ring de Llamada
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
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BC
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Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
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PSTN
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HLR
Billing
MSC
BSC
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PLMN 2
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Llamada originada en la red Al dializarse desde alguacuten
abonado externo a la red celular el nuacutemero de moacutevil deseado se
entienden el reconocimiento por parte del conmutador del
sistema de tierra que se refiere a una unidad moacutevil de la red
celular en cuestioacuten por lo que se interconecta con la MTSO
Eacutesta enviacutea un mensaje de buacutesqueda (ldquopagingrdquo) a varios sitios de
celda considerando el nuacutemero del moacutevil y de un algoritmo de
buacutesqueda Cada sitio de celda seleccionado transmite el ldquopagerdquo
activado en su propio canal sintonizado El moacutevil reconoce su
identificacioacuten sobre el canal sintonizado maacutes fuerte se enlaza y
responde al sitio de celda Tambieacuten sigue la instruccioacuten para
sintonizar el canal de voz asignado e iniciar el ldquoalertardquo al
usuario
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Digitalizacioacuten de voz
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Llamada Entrante a Red Celular
Llamada Origen
Alo iexcl Quien llama
Bill to subscriber
PSTN
BC
Ruta de La llamada
MSC
BC
HLR
Billing
MSC
BSC
PLMN 1
PLMN 2
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Graciashelliphellip
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Digitalizacioacuten de voz
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
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BSC
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Proceso de Paging
BTS BTS
Paging
BTS
Movil responde
A el paging
Location Area
Paging
Paging
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
celda y ambos lados liberan el canal de voz El moacutevil reasume
el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Handoff o Handover
Air A
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BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
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( ) ( )
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Terminacioacuten de llamada Cuando el usuario apaga el
transmisor una sentildeal particular (tono) se transmite al sitio de
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el monitoreo de los ldquopagesrdquo a traveacutes del canal maacutes fuerte
Procesos en las Operaciones Celulares
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Handoff o Handover
Air A
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BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
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Procedimiento de Handoff Durante una llamada dos usuarios
estaacuten sobre un canal de voz Cuando la unidad moacutevil se mueve
fuera del aacuterea de cobertura del sitio de celda la recepcioacuten se
hace deacutebil El sitio de celda solicita un handoff El sistema
conmuta la llamada a un nuevo canal en otro sitio de celda que
controla una nueva aacuterea de cobertura en la cual entra el moacutevil
No se interrumpe la llamada ni se alertaraacute al usuario eacuteste no
nota la ocurrencia del handoff Este proceso fue implementado
inicialmente en los sistemas AMPS y fue rebautizado como
ldquohandoverrdquo en Europa debido a significados diferentes entre el
ingleacutes de EEUU y el ingleacutes britaacutenico
Procesos en las Operaciones Celulares
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Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Digitalizacioacuten de voz
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
VLR
HMR
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Evolucioacuten de Tecnologiacuteas Moviles
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
xcalls per hour average conversation time
Erlangs Seconds
( ) ( )
3600
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Handoff o Handover
Air A
TCBTS
BTS
BSC
Old Cell BTS New Cell BTS
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Graciashelliphellip
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en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
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The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
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en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
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Harry Nyquist (pron [nʏkvɪst] no [naɪkwɪst]) (7 de febrero de
1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
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Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
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15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
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1889 - 4 de abril de 1976) fue un importante contribuidor de la
Teoriacutea de la informacioacuten
Nacioacute en Nilsby Suecia y emigroacute a los Estados Unidos de Ameacuterica
en 1907 y comenzoacute sus estudios en la Universidad de North Dakota
en 1912 Realizoacute un doctorado en Fiacutesica en la Universidad de Yale
en 1917 El trabajoacute para ATampT desde 1917 hasta 1934 luego se
cambioacute a Bell Telephone Laboratories
Como ingeniero en los laboratorios de Bell describioacute el ruido de
Johnson-Nyquist y desarrolloacute la teoriacutea matemaacutetica de la estabilidad
de los amplificadores realimentados
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
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system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
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modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
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Therefore alternative source coding techniques are needed to
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limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
Universidad Nacional Experimental Politeacutecnica ldquoAntonio Joseacute de Sucrerdquo Vice-rectorado Puerto Ordaz
Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Componentes del Sistema Celular
Canales Foward and Reverse
MS
BTS
BSC
MSC
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HMR
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
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Su temprano trabajo teoacuterico en la determinacioacuten de los requerimientos del
ancho de banda para la transmisioacuten de la informacioacuten que fue publicado
en Certain factors affecting telegraph speed (Bell System Technical
Journal 3 324-346 1924) contribuyoacute a cimentar los avances posteriores
realizados por Claude Shannon el cual condujo al desarrollo de la Teoriacutea
de la Informacioacuten
En 1927 Nyquist determinoacute que una sentildeal analoacutegica limitada en banda
deberiacutea ser muestreada como miacutenimo con una frecuencia doble que el
ancho de banda de la sentildeal para poderse registrar digitalmente con
garantiacuteas Nyquist publicoacute sus resultados en el artiacuteculo Certain topics in
Telegraph Transmission Theory (1928) Esta regla es ahora conocida
como el teorema de muestreo de Nyquist-Shannon
Se retiroacute de Bell Labs en 1954 y murioacute en Harlingen Texas
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Resumen Historico e Evolucioacuten Mundial
Codigos Fuentes
The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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Historia y progresos de las radio-comunicaciones
Codigos Fuentes
This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
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The source information has to be coded into a digital form in
order for it to be further processed by the digital communication
system One of the techniques used in wireline applications is
pulse code modulation (PCM) where the analog voice is
converted into a 64-Kbps bit stream
Other wireline techniques such as adaptive pulse code
modulation (ADPCM) and delta modulation (DM) are also
used These source coding schemes for speech use what is
called ldquowaveform codingrdquo where the goal is to replicate the
waveform of the source information
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This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
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less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
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Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
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This is the reason why computer modems can be used over
telephones the information contained in the waveform
generated by a transmitting modem can be reliably received by
the receiving modem on the other end and the 32 CDMA RF
System Engineering
Figure 32 Principal components of a digital communication
system
reason is that PCM attempts to replicate the waveform
regardless of whether or not the information contained in the
waveform is human speech or modulated pitches generated by a
modem
PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
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PCM is not feasible in wireless applications because there is a
limited bandwidth available Transmitting 64 Kbps of
information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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MS
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Tabla parcial de Erlangs
Chs 1 2 3 5
15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
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PCM is not feasible in wireless applications because there is a
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information over the air demands more bandwidth than can be
afforded by most service providers
Therefore alternative source coding techniques are needed to
represent source information (human speech in this case) using
less bandwidth A vocoder offers an attractive solution It
exploits the characteristics of human speech and uses fewer bits
to represent and replicate human sounds
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Requirements of the new Cellular Standard
Primary
bull Primeramente un sistema CDMA puede tomara ventajas de la velocidad de la voz humana Durante el periodo de silencio los transmisisores pueden apagarse y reducir la interferencia introducida en el canal RF comun a todas las llamadas
bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
bull Otros Sistemas no tienen la capacidad de variar rapidamente en el tiempo para dar respuesta a ambientes de redes moviles a este tipo de distorcion
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15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
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bull El canal fisico RF ouede ser Re-usado en cada celda ddando esto un factor de re-uso de frecuencia muy cecano al 1
bull CDMArsquos ability to mitigate multipath distortion Spread spectrum and in particular direct-sequence spread spectrum gives an extra measure of immunity to multipath distortion
Other Requirements
bull TeoricamenteFDMA y TDMA podrian manejar las vacios de habla humana Pero esti significaria mas complicacion en los recuros de radio y en la asigncion en tiempo real de recursos de red
bull En un sistema AMPS el espectro disponible es dividido en clusters y asignado a diferentes celdas y es necesarios usar metodos para reducir la interfrencia Co-canal
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15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
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15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
21 1280 1400 1490 1620
22 1370 1490 1580 1710
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15 811 901 965 1060
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17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
20 1200 1320 1400 1520
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15 811 901 965 1060
16 888 983 1050 1150
17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
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20 1200 1320 1400 1520
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15 811 901 965 1060
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17 965 1070 1140 1250
18 1040 1150 1220 1340
19 1120 1230 1310 1430
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