Diapositiva 1 - Universidad del Cauca

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Diapositiva 1 - Universidad del Cauca
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Capitulo 5: Sistemas Móviles Celulares
Introducción
• Gran desarrollo de los sistemas PMR en los 60s →
origen a los primeros sistemas PMT.
• Características de la telefonía básica & PMR.
• Los primeros sistemas PMT (urbanos) estaban
constituidos por una BS multicanal, con
considerable potencia y altura de antena para
asegurar cobertura en el DL y una serie de
receptores satélite multicanal para el UL (FDMA).
VICTOR MANUEL QUINTERO FLOREZ
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Introducción (2)
Introducción (3)
• Los primeros
limitaciones.
–
–
–
–
sistemas
tienen
considerables
Un sistema PMT para una gran ciudad.
Zona circular de radio 10 Km.
Probabilidad de bloqueo: 1%.
Un único sistema radiante con 40 transceptores (y 40
receptores satélite): 40 radiocanales.
– Suponiendo que todos los radiocanales se utilizan para
comunicación de voz, y cumpliendo el objetivo de
bloqueo del 1%, la intensidad de tráfico es de 29 Erlang.
– La superficie de cobertura: π102=314km2.
– Densidad de tráfico es 29/314≈0.1Erlang/km 2.
– Suponiendo un tráfico por terminal de 25 miliErlang, lo
que equivale a una densidad de 4 móviles/km 2.
– Densidad de usuarios bastante baja.
– Un análisis de mercado pronostica valores cinco veces
mayores. (20 móviles/km 2, 0.5 Erlang/km 2).
– Intensidad de tráfico será: 157 Erlangs.
– Con 40 radiocanales, la probabilidad de bloqueo será:
75%.
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Introducción (4)
Fundamentos de los Sistemas celulares
– Si se mantiene la probabilidad de bloqueo de 1% y el
tráfico = 157E → se necesitan 177 radiocanales.
(177>40)
• 1947, D. H. Ring, ideó el concepto teórico
celular para resolver el problema de
capacidad.
– Limitaciones de crecimiento.
– Saturación rápida (EEUU años 60).
– En algunos países se contuvo la demanda mediante la
imposición de tarifas elevadas.
– División de la zona de cobertura en regiones
pequeñas, denominadas celdas, de tamaño
variable en función de la demanda de tráfico.
– Reutilización
de frecuencias en celdas
separadas por una distancia suficiente para que
la interferencia cocanal sea tolerable.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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Fundamentos de los Sistemas celulares(2)
Fundamentos de los Sistemas celulares (3)
• Considerando el ejemplo anterior.
– La zona de cobertura se divide en celdas de 1.5
Km de radio.
– La superficie de cada celda supuesta circular:
7.1 Km2.
– Número de celdas: 45.
– La demanda de tráfico por celda (para una
densidad de 0.5E/Km2): 3.55E.
– 9 canales por celda (9 transceptores).
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Fundamentos de los Sistemas celulares (4)
Fundamentos de los Sistemas celulares (5)
– Si fuera posible la reutilización de frecuencias
en celdas adyacentes del sistema, se
necesitarian 9 (9<<177).
– La mejora es sustancial.
– Problema: interferencia cocanal.
– Distancia de reutilización.
– Una celda utilizará un conjunto de 9 canales.
– La celda cocanal utilizará el mismo conjunto de
canales.
– Agrupación celular (cluster): Conjunto de celdas
que emplean grupos diferentes de 9 canales.
– Suponiendo una agrupación celular de 12
celdas, el número de radiocanales necesarios
será 12*9=108 (108<177).
– Ahorro de 69 canales (39%).
– Índice de reutilización=(9*45)/108=3.75.
Indice _ de _ reutilización 
Número _ de _ radiocanales
número _ de _ frecuencias _ disponibles
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Fundamentos de los Sistemas celulares (6)
Fundamentos de los Sistemas celulares (7)
– Se utilizan 4 agrupaciones de 12 celdas cada
una para el establecimiento de las 45 celdas
necesarias.
– Cada frecuencia se reutiliza 4 veces.
– A menor tamaño de agrupación menor será el
número de frecuencias necesarias.
• Se debe determinar el tamaño optimo de la
agrupación.
• Compromiso entre capacidad, eficiencia espectral e
interferencia.
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Fundamentos de los Sistemas celulares (8)
Fundamentos de los Sistemas celulares (9)
• La estructura celular únicamente asegura la
función de acceso con movilidad a una red
telefónica.
• Todas las BS han de estar conectadas a esa red
por enlaces punto a punto, cuyo conjunto se
denomina red fija asociada al sistema PMT celular.
• Para el funcionamiento del sistema celular se
requiere de funciones de localización (localization)
de móviles.
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Fundamentos de los Sistemas celulares(10)
Características de los Sistemas Celulares
• Traspaso (handover): en el curso de una comunicación la
MS sale de la cobertura de una celda y accede a otra, el
sistema debe efectuar la conmutación de la llamada a
algún canal de la celda en la que ingresa la MS.
• La localización y el traspaso se denominan funciones de
Gestión de Movilidad y son competencia de la red móvil y la
interfaz de radio respectivamente.
• Itinerancia (Roaming) capacidad de enviar y recibir
llamadas en redes móviles fuera del área de servicio
local de su compañía, es decir, dentro de la zona de
servicio de otra empresa del mismo país, o en un país
diferente.
•
•
•
•
•
•
Gran capacidad.
Uso eficiente del espectro radioeléctrico.
Gran cobertura.
Adaptación a la densidad de tráfico.
Prestación de servicios con teléfonos portátiles.
Amplia gama de servicios suplementarios al de
telefonía básica.
• Calidad de explotación (fidelidad, disponibilidad)
similar al de la telefonía fija.
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Características de los Sistemas Celulares (2)
Características de los Sistemas Celulares (3)
• Aspectos de la calidad global.
–Cobertura.
–Capacidad.
–Fidelidad.
–Movilidad.
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• Calidad de cobertura.
– Porcentaje de superficie y de población.
• Rural.
• Urbano.
– Porcentaje de zona en la que se supera un
determinado umbral de señal (porcentaje de
cobertura zonal) y el porcentaje en que la
relación señal deseada/señal interferencia
supera cierto valor de referencia.
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Características de los Sistemas Celulares (4)
Características de los Sistemas Celulares (5)
• Calidad de capacidad.
– Aptitud de la red celular para cursar la demanda
de tráfico en cada zona con un grado de servicio
(GOS) o probabilidad de bloqueo determinada.
– Capacidad limitada por el número de
frecuencias.
– Para atender una demanda de tráfico
determinada se debe acotar el tamaño de la
celda.
– Llamadas perdidas o fallos en los traspasos.
• Cobertura y capacidad.
– Factores determinantes del tamaño de las
celdas.
Tipo de celda
Cobertura
Macroceldas
1-30 Km
Rural, carreteras, poblaciones cercanas
Aplicación
Microceldas
0.2-2 Km
Ciudades con elevada densidad de tráfico
y penetración en interiores de edificios
Picoceldas
4-200 m
Interiores: aeropuertos, bancos, teatros,
centros comerciales.
Femtoceldas
<100m
Interiores: Hogar y oficina.
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Características de los Sistemas Celulares (6)
Características de los Sistemas Celulares (7)
• Calidad de fidelidad.
– Calidad de portador: BER.
– Calidad final: (S/N), índice de nitidez de la
señal percibida por el usuario. BER si es
datos.
• Función de la calidad de portador.
• Función de los códec de voz y datos
(estándares).
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Características de los Sistemas PMT Celulares (8)
Planificación celular
• Calidad de movilidad.
– Grado de dificultad que experimenta el
móvil para registrarse o ser localizado.
– Desempeño de los algoritmos de traspaso
(velocidad de señalización).
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• Diseño de un sistema celular es una
actividad compleja.
– Cobertura radioeléctrica.
– Limitación de las frecuencias.
– Movilidad de los usuarios.
– Distribución del tráfico.
– Introducción de nuevos servicios.
– Factor económico
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Planificación celular(2)
Planificación celular(3)
• Planificación comprende las siguientes tareas:
1. Desarrollo de un modelo de tráfico (voz y otros
servicios) y un modelo de movilidad de los usuarios (en
función del tipo de zona).
2. Elección del tamaño y tipo de celdas en función de la
distribución de tráfico y de usuarios.
3. Diseño de la red o malla celular.
4. Elección de los sistemas radiantes.
•
•
Plano horizontal (omnidireccional/sectorizado).
Plano vertical (inclinación del haz (downtilt)).
5. Ajuste de las ubicaciones de BS a los emplazamientos
disponibles.
• Tareas de la planificación (2):
6. Determinación de la cobertura básica y celdas mejor
servidas. Detección y tratamiento de puntos de
cobertura dudosa y entornos especiales (tuneles,
interiores, etc.).
7. Utilización de medidas radioeléctricas para apoyo de la
fase 5.
8. Asignación de frecuencias a las BS.
9. Evaluación de la relación señal deseada a señal
interferente para interferencia de la propia red y otros
sistemas.
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Planificación celular(4)
Geometría de las redes celulares
• Tareas de la planificación(3):
10. Definición de los planos de interconexión y transmisión
entre estaciones base y los controladores de
estaciones y centros de conmutación.
– La planificación parte de hipótesis sencillas y hace uso
de un modelo geométrico simple, por lo que es un
instrumento puramente teórico, que brinda información
preliminar acerca del sistema celular, permite
sistematizar el diseño de la red y tener una idea
general de las prestaciones de la red en cuanto a
cobertura y capacidad .
• Antenas omnidireccionales.
– Zona de cobertura aproximadamente circular.
– Las coberturas circulares no recubren el plano o
producen traslapes (reducción de la eficiencia
espectral).
• Para la planificación se
coberturas de tipo poligonal.
consideran
– Recubren el plano sin traslapes.
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Geometría de las redes celulares (2)
Geometría de las redes celulares (3)
• Modelo geométrico. (Retícula de planificación).
• Polígono.
– Triangulo.
S
3 3R 2
4
– Cuadrado.
S  2R2
– Hexágono.
3 3R 2
S
2
• La geometría celular proporciona ubicaciones de las BS y
los datos necesarios para los cálculos de interferencia,
tamaño de la agrupación y distancia de reutilización.
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Sc 
3 3R 2

2
3d 2
2
dR 3
http://www.wolframalpha.com/input/?i=hexagon
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Geometría de las redes celulares (4)
Geometría de las redes celulares (5)
• Dadas dos estaciones situadas en P(m,n) y Q(k,l)
la distancia entre ellas es:
– Por sencillez, situando la celda de referencia en el origen
de coordenadas (k=l=0) y siendo (m,n) las coordenadas del
nodo donde se ubica la celda cocanal .
D2 ( P, Q)   i 2  j 2  i  j  d 2
– Donde
i  mk
•
Distancia de reutilización (D)
•
El cuadrado de la distancia de reutilización normalizada por el paso
de la retícula (d) es un número entero N (número rómbico):
D 2   m2  n 2  m  n  d 2
2
D
2
2
   m  n  m  n  N
d
j  n l
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Geometría de las redes celulares (6)
Geometría de las redes celulares (7)
• El área del rombo cocanal es:
3d 2
3D 2
S RC  N

2
2
–
–
–
Luego el área del rombo cocanal equivale al área de N rombos elementales de
lado d asociados.
El área del rombo cocanal es equivalente al de N celdas.
El rombo cocanal genera por traslación la distribución repetitiva y sistemática de
BSs en el plano.
• De conformidad con la geometría celular, únicamente
son posibles tamaños de agrupación de valor N, siendo
N un número rómbico.
m
n
N
0
1
1
1
-1
-1
2
0
2
1
2
3
2
3
2
3
4
3
7
13
3
7
12
9
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Geometría de las redes celulares (8)
Geometría de las redes celulares (9)
• En la planificación se suele tomar como
referencia el radio celular R. Expresando la
distancia de reutilización D en función de R:
– Por ejemplo para una agrupación de 7 celdas, la
distancia de reutilización normalizada es:
dR 3
D 2  Nd 2
D 2  3 NR 2
– Luego
D  21R  4.6R
D  3N R
1 D 
N  
3 R 
2
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Geometría de las redes celulares (10)
Geometría de las redes celulares (11)
– Si el área de cobertura total es ST, y si el área de una
agrupación es igual a SRC, el número de agrupaciones
será:
S 
 S 
Q  E  T  1  E  T  1
 S RC 
 NSC 


 S 
Q  E  T 2  1
 3D 

2 
– Q es también el índice de reutilización, por lo que si el
número de canales por celda es K, la red dispondrá de
QKN canales en total.
• Al considerar sectores, se debe disponer en el
centro de la celda de conjuntos de transceptores y
asignar cada conjunto a una antena con la
directividad adecuada.
• Vector de directividad: vector situado en el eje del lóbulo
principal de radiación.
• Generalmente una celda se divide en tres sectores, con los
vectores de directividad separados 120° (N, SE y SO).
• El área de cada sector será un tercio del área de la celda
origen o celda madre.
1
1 3 3R 2
3R 2
Ssec tor 
3
SC 
3
2

2
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Geometría de las redes celulares (12)
Geometría de las redes celulares (13)
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Geometría de las redes celulares (14)
Geometría de las redes celulares (15)
• “N/M”
– N: número de emplazamientos (A,B,C,…).
– M: el número total de celdas por agrupación (1,2,3,…)
(sentido horario desde el norte).
– M/N: número de celdas por emplazamiento.
• Ejemplo
– Disposición
celdas cada
– Disposición
celdas cada
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7/21: 21 celdas y 7 emplazamientos de 3
uno. B-3, celda SO emplazamiento B.
4/24: 24 celdas y 4 emplazamientos de 6
uno. D-4, celda S emplazamiento D.
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Geometría de las redes celulares (16)
Geometría de las redes celulares (17)
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Geometría de las redes celulares (18)
División celular
• Fase inicial → baja demanda de tráfico →
pocas celdas, de gran tamaño.
• Si el número de celdas no supera el de una
agrupación → la calidad del sistema solo es
afectada por ruido (no interferencia del
sistema).
• Compromiso entre costo y calidad.
• C/N=18dB en el 90% de las ubicaciones →
celdas radio máximo 15Km.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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División celular (2)
División celular (3)
• Evolución del sistema → incremento de tráfico en
algunas celdas (centros urbanos) → saturación →
Probabilidad de bloqueo (GOS) crece.
• Se deben dotar a esas celdas de un mayor número
de radiocanales y/o efectuar una subdivisión de
una celda grande en otras de tamaño más
reducido.
• En las nuevas celdas el tráfico a cursar es menor,
por lo que manteniendo los mismos recursos de
canales se reduce la probabilidad de bloqueo.
• Considerando una celda de área Sc, que dispone de K
canales. Si la probabilidad de bloqueo es p y la densidad
de tráfico ρ(Erlang/Km 2) .
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p  B    Sc , K 
• Si K permanece fijo, todo incremento de ρ, se traduce en
un aumento de p (degradación de la calidad).
• Si no es posible aumentar K, se debe compensar el
crecimiento de la densidad de tráfico con una disminución
de Sc, mediante de la subdivisión celular.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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División celular (4)
División celular (5)
• La división celular, junto con el reuso de
frecuencias, permiten que las redes
celulares se adapten al crecimiento de la
demanda.
• La
sectorización
de
una
celda
omnidireccional, es de por sí ya una forma
de subdivisión celular.
• Cada fase de división celular se realiza por mitades:
– Reduce a la mitad el radio de la celda, con lo que su área se divide
por cuatro.
– Multiplica por cuatro, aproximadamente, el número de celdas
necesarias para la cobertura de la zona donde se aplica.
– Multiplica por cuatro la capacidad de tráfico.
– Requiere mayor precisión en la ubicación de las BS.
– Aumenta la probabilidad de traspasos entre celdas.
– Genera un mayor volumen de tráfico de señalización y de
procesamiento de datos en el centro de control.
– Aumenta los costos, al ser necesarias un mayor número de BS.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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División celular (6)
División celular (7)
• Ejemplo en la agrupación de 7 celdas.
– Se inicia con 7 celdas grandes omnidireccionales, de
500 Km2 de superficie cada una y un radio aproximado
de 14 Km.
– Primera fase sectorización, estableciendo 3 celdas por
emplazamiento original con antenas directivas. (modelo
celular 7/21).
– Segunda fase, subdivisión celular por mitades desde el
modelo 7/21 para llegar a un número de ubicaciones
cuatro veces mayor y celdas de la cuarta parte de área.
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División celular (8)
División celular (9)
• Ejemplo en la agrupación de 7 celdas(2).
– Suponiendo que se dispone de 294 radiocanales de
tráfico, que el tráfico por abonado es 25mE y la
probabilidad de bloqueo del 1%.
294
Número _ de _ canales _ por _ celda 
 42
7
Ac  B1 (42;0.01)  30.77 Erlangs

• Ejemplo en la agrupación de 7 celdas(3).
Número _ de _ abonados _ por _ Km2 

0.025
 usuarios 
 2.4616 
2
 Km 
Número _ total _ abonados  Número _ de _ abonados _ por _ Km2 * S
Número _ total _ abonados  2.4616*3500  8615.6 usuarios 
Ac 30.77
 Erlangs 

 0.06154 
2
Sc
500
 Km 
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División celular (10)
División celular (11)
• Ejemplo en la agrupación de 7 celdas(4).
Etapa
Radio
celular
[Km]
Número
de
celdas
Área
Celular
[Km2]
1
2
3
4
14
8
4
2
7
21
84
336
500
166
41.6
10.4
Canales/ Tráfico/ Densidad
celda
celda
de
Tráfico ρ
[E/km2]
42
14
14
14
30.77
7.35
7.35
7.35
0.06
0.04
0.17
0.70
Número
total de
abonados
8615
6174
24696
98784
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División celular (12)
División celular (13)
• Control de interferencia cocanal con la
división celular :
– Control de potencia
– Inclinación de antena (downtilt)
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División celular (13)
División celular (14)
• Efecto de la inclinación mecánica en los patrones
de radiación de una antena tipo sectorizada.
• Efecto de la inclinación mecánica en los patrones
de radiación de una antena tipo sectorizada(2).
– No inclinación mecánica.
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– Inclinación mecánica =7°.
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División celular (15)
División celular (16)
• Efecto de la inclinación mecánica en los patrones
de radiación de una antena tipo sectorizada(3).
• Traspaso (handoff, handover)
– Inclinación mecánica =15°.
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División celular (17)
Interferencia en los Sistemas Celulares
• Traspaso (handoff, handover) (2)
• El calculo de interferencia constituye la tarea básica de la
planificación celular.
• C/I
• I=potencia global de interferencia. Se supone que todas las
señales interferentes son no correlacionadas (trayectos de
propagación diferente) y por lo tanto la potencia de
interferencia es la suma de todas las potencias.
• Dos situaciones de interferencia:
– Interferencia en el enlace de bajada: de estaciones base sobre una
estación móvil.
– Interferencia en el enlace de subida: de estaciones móviles sobre
estación base.
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Interferencia en los Sistemas Celulares
Interferencia en los Sistemas Celulares (2)
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Interferencia en los Sistemas Celulares (3)
Interferencia en los Sistemas Celulares (4)
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Interferencia en los Sistemas Celulares (5)
Asignación de frecuencias en sistemas
celulares
• La teoría celular busca optimizar el uso de frecuencias.
• Existen nuevas estrategias (tema abierto).
• Objetivo: asignar a cada celda un conjunto de
frecuencias adecuado al volumen de tráfico que debe
atender, teniendo en cuenta márgenes de crecimiento.
• El conjunto de frecuencias deben coordinarse de forma
que satisfagan los requisitos de relación de protección
cocanal e interferencia de canal adyacente.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Asignación de frecuencias en sistemas
celulares(2)
Asignación de frecuencias en sistemas
celulares(3)
• La protección cocanal queda controlada con la
elección del tamaño y tipo de agrupación celular y
el control de cobertura de estaciones base.
• La interferencia de canal adyacente impone ciertas
restricciones en las asignaciones de canal:
• Para garantizar valores adecuados de
protección contra interferencia de canal
adyacente se exige la separación entre
frecuencias asignadas a la celda:
– Celdas vecinas: sectores de una misma BS.
– Celdas
colindantes:
Frontera
común
pertenecientes a diferentes BS.
pero
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– Mayor o igual que tres canales dentro de una
misma celda.
– Mayor que dos canales en celdas vecinas.
– Mayor que un canal en celdas colindantes.
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12
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Asignación de frecuencias en sistemas
celulares(4)
Asignación de frecuencias en sistemas
celulares(5)
• Las BS de las redes celulares tienen sus
transceptores conectados a una antena común, a
través de combinadores → aislamiento adecuado
→ no se genera interferencia de intermodulación
significativa.
• Redes celulares cobertura nacional → Se debe
coordinar la asignación de frecuencias en fronteras
con otros países.
• Se deben coordinar la asignación de frecuencias
entre operadores.
• Métodos de asignación de frecuencias
– Asignación fija.
• Método geométrico.
• Método heurístico.
– Asignación dinámica.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Arquitectura de redes celulares.
Arquitectura de redes celulares (2).
• Los sistemas
completas.
PMT
son
redes
telefónicas
– Elementos de transmisión.
– Elementos de conmutación.
• Redes Terrestres Móviles Publicas (PLMN, Public
Mobile Land Networks).
– BS. Interfaz aérea (air interface) o radioeléctrica.
– Las BS se conectan a dispositivos de control: el
Controlador de Estación Base (BSC, Base Station
Controller), y los Centros de Conmutación del Servicio
Móvil (MSC, Mobile Switching Centers).
– Los MSC ejecutan funciones de señalización, transporte y
conmutación
(enrutamiento)
necesarios
para
el
establecimiento de llamadas originadas o terminadas en
las MS.
– Para la cobertura de un país, una PLMN utiliza varios MSC
interconectados entre si.
– Aunque PLMN es una red autonoma, debe estar conectada
con redes fijas convencionales: Red Telefónica Conmutada
Pública (PSTN, Public Switched Telephone Network), la
Red Digital de Servicios Integrados-RDSI (ISDN, Integrated
Digital Services Network). Para ello existen MSC
especializados (gateway MSC) con las interfaces
necesarias para la interconexión.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Arquitectura de redes celulares (3).
Arquitectura de redes celulares (4).
– Red fija o infraestructura: conjuntos de medios y
dispositivos para interconexión de las BS con sus
controladores (BSC, MSC).
– Los enlaces de red fija transportan tráfico de voz y
datos, así como información de señalización.
– La PLMN debe asegurar la función de movilidad de los
abonados.
– Un usuario puede efectuar, recibir o mantener una
llamada en todo momento y desde cualquier lugar de la
zona de cobertura establecida, con una determinada
calidad.
– El usuario al encender su móvil se registra en el sistema
como usuario activo.
– La red debe efectuar un seguimiento de los usuarios
activos manteniendo registro de situación de los
mismos.
– La red debe disponer de los medios para mantener una
comunicación en traspaso de una celda a otra.
– La red debe disponer de protección para asegurar que
solo acceden a la red usuarios de la misma.
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13
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Arquitectura de redes celulares (4).
Arquitectura de redes celulares (5).
– El funcionamiento de un sistema celular requiere
de las siguientes facilidades:
– Para la realización
de las funciones
mencionadas, se debe disponer de un sistema
de señalización avanzado, soportado sobre los
canales de control y que cumple con los tres
primeros niveles del modelo de referencia OSI.
– Área de servicio (Service Area): zona en la
que una MS puede ser alcanzada por un
abonado de la red telefónica fija sin que tenga
que conocer la situación actual del móvil dentro
del área.
• Registro del móvil y su actualización: itinerancia
(roaming).
• Aviso o notificación al móvil de llamadas entrantes
(paging).
• Traspaso (handover).
• Seguridad de las comunicaciones: autenticación y
encriptación.
• Sintonización automática y rápida por parte del móvil
de las frecuencias y canales.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Arquitectura de redes celulares (6).
Arquitectura de redes celulares (7).
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Arquitectura de redes celulares (8).
Arquitectura de redes celulares (9).
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14
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Esquema de un Sistema Celular (10)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Arquitectura de redes celulares (11).
PSTN, ISDN
ATM,
Internet...
RNC 1
RNC 2
6
5
7
1
4
6
5
2
3
7
1
2
4
3
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Arquitectura de redes celulares (12).
Canales en Sistemas Celulares
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Canales en Sistemas Celulares
Tipo de llamadas
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Tipo de llamadas
Tipo de llamadas
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Control de Potencia
Estructura en Bloques de una MS
• En sistemas celulares es necesario el
control dinámico de potencia
– Minimizar la potencia en
transmitida desde el móvil
la
señal
 Reducir la interferencia cocanal, disminuir la
exposición, y conservar la energía de la
batería.
– Control en lazo abierto y cerrado.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Patrón de radiación antena sectorizada BS.
Perdidas cable coaxial
• Apertura horizontal=120°
• Apertura vertical=11°
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Múltiples niveles de cobertura
Múltiples niveles de cobertura (2)
• Multicapas.
• Traslape en el área de cobertura de las
estaciones base.
• Celda superior (overlay).
• Celda subordinada (Underlay).
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Múltiples niveles de cobertura (3)
Múltiples niveles de cobertura (4)
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Múltiples niveles de cobertura (5)
La Revolución de las Comunicaciones
Móviles e Inalámbricas
Satellite
Regional Area
Low-tier
High-tier
Local Area
Wide Area
High Mobility
Low Mobility
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
La Revolución de las Comunicaciones
Móviles e Inalámbricas (2)
La Revolución de las Comunicaciones
Móviles e Inalámbricas (3)
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
La Revolución de las Comunicaciones
Móviles e Inalámbricas (4)
La Revolución de las Comunicaciones
Móviles e Inalámbricas (5)
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
La Revolución de las Comunicaciones
Móviles e Inalámbricas (6)
La Revolución de las Comunicaciones
Móviles e Inalámbricas (8)
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
La Revolución de las Comunicaciones
Móviles e Inalámbricas (9)
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Desarrollo Cronológico
Año
Estados Unidos
1934
Creación FCC
1946
Primer sistema comercial ATT y Bell Labs
1947
Concepto de sistemas celulares Bell-Labs
1969
Primer Sistema Celular Disponible – Sistema Bell
1975
Ciudad de Nueva York. Sistema Móvil Bell
1979
Red de prueba de AMPS
NTT-Japón
1981
C-Netz (Alemania), NMT 450 (Suecia)
1982
1983
Europa y Japón
Desarrollo de GSM (Groupe Speciale Mobile)
AMPS Comercial
TACS, Radiocom.(Francia)
1986
NMT 900
1987
Búsqueda nuevas alternativas a AMPS
1988
Se crea CTIA. Se publica el estándar IS-41
1991
TIA. Estándar IS-54 telefonía celular Digital
1992
ETACS(UK)
GSM Comercial operando en 1800 MHz, PDC en Japón en
800 y 1500 MHz
1994
Qualcomm Introduce CDMA. FCC licita PCS (1900 MHz).
Colombia introduce AMPS. Norma IS-136.
1995
PCS Comercial utilizando IS-136 y IS-95 en 1900. GSM
también hace su arribo.
PHS en Japón
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Desarrollo Cronológico (2)
1996
Desarrollo Cronológico (3)
Definición de 3G – Nombre oficial IMT-2000. NTT-DoCoMo en laboratorio CDMA de Banda Ancha
Especificación WCDMA (Release 99)
2007
Especificación inicial 3GPP Release 7. (HSPA+).
2008
W-CDMA. HSDPA en Colombia (3.5G)
Especificación inicial 3GPP Release 9. (LTE).
1999
IS-95B
2000
GSM-GPRS. Ley 555 PCS en Colombia
2001
3G-1X EDGE
IMT 2000 1X MC Asia
2008
2002
3G-1X-EVDO, Licitación PCS en Colombia
W-CDMA (Japón)
2009
2002
Visión ITU-4G. IMT-Avanzado
2009
2002
Especificación Inicial 3GPP Release 5. (HSDPA, IMS)
2003
GSM/GPRS en Colombia
2005
Especificación inicial 3GPP Release 6. (HSUPA,
MBMS).
2005
OFDMA para LTE (High Speed OFDM Packet
Access (HSOPA) = Evolved UMTS Terrestrial Radio
Access (E-UTRA))
2005
Redes Pre-WiMAX Móvil (4G). (IEEE 802.16e-2005)
Mobile Wireless Broadband Access (MWBA)
Redes Pre-LTE Wimax Móvil.
UMB (Ultra Mobile Broadband)
Lanzamiento redes LTE en Estocolomo y Oslo.
2009
Especificaciones iniciales sobre LTE avanzado
(finalizar 2011)
2011
Subasta espectro Colombia en 2500 MHz
LTE comercialmente en Colombia
2013
Subasta espectro en Colombia 2500 MHz, 1700/2100
MHz.
EDGE en Colombia.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Generaciones de Sistemas
Comunicaciones móviles e Inalámbricos
Generaciones de Sistemas de
Comunicaciones móviles e inalámbricos
http://information-technology-topics.blogspot.com/2011/09/cellular-generations-0g-1g-2g-3g-4g-5g.html
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Generaciones de Sistemas de
Comunicaciones móviles e inalámbricos
Generaciones de Sistemas de
Comunicaciones móviles e inalámbricos
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Generaciones Sistemas de
Comunicaciones Móviles e Inalámbricos
Generaciones Sistemas de
Comunicaciones Móviles e Inalámbricos
Características
1G
2G
3G
4G
(450 y 900)MHz
(900 y
1800/1900)MHz
2 GHz
700 MHz, 1700/2100
MHz
2500 MHz
Espectro
Método de
acceso múltiple
1G
2G
3G
4G
No
Conmutación de
circuitos,
(Conmutación por
paquetes 2.5G)
Conmutación de
paquetes
IPv6
No
14.4 Kbps (115 kbps
en 2.5G)
2 Mbps (10 Mbps en
3.5G)
100 Mbps
FDMA Analógico
FDMA/TDMA
CDMA
OFDM
Telefonía básica
identificador de
llamada, correo de
voz.
Conferencia, video
de baja calidad.
video de alta
definición
Tasa de datos
objetivo
No
Solo Texto
Gráficas y texto
formateado
Mensajería Unificada
Tasa de datos
real
No
9.6 Kbps (40 kbps en
2.5G)
64 kbps
2 Mbps
Interfaz con
otros
dispositivos
Acoplador acustico
RS232, IrDA
IEEE 802.11,
Bluetooth
IEEE 802.11,
Bluetooth
NFC
Soporte de voz
Característica
mensajeria
Características
La telefonía celular mundial tiene tres generaciones bien definidas, con una cuarta en vía. Las
tecnologías 2.5G y 3.5G incrementan las velocidades de transmisión de datos de sus
respectivos sistemas utilizando agregación de canales, mayores anchos de banda, reduciendo
latencias, utilizando esquemas de modulación de alto orden junto con técnicas avanzadas de
codificación de canal..
Soporte a datos
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Generaciones Sistemas de
Comunicaciones Móviles e Inalámbricos
AMPS (Advanced Mobile Phone System)
Características
1G
2G
3G
4G
AMPS, TACS, NMT
TDMA, GSM, CDMA,
PDC, (GPRS)
CDMA 20001X EV DV,
UMTS, EDGE
LTE, WiMAX
Analógico,
Macroceldas
Digital
Macro y Micro
celdas.
Digital
Macro, Micro, Nano y
Pico celdas.
Pico y femtoceldas
Telefonía Móvil
Telefonía móvil
CDPD
SMS
Datos a baja
velocidad (14.4-64
Kbps)
Videoconferencia
(2.5G).
Internet Inalámbrico
(WAP, i-mode) (2.5G)
Telefonía móvil de
alta capacidad.
Internet Móvil (WAP,
i-mode)
144 Kbps-2Mbps.
Multimedia. MMS
Localización remota,
Realidad virtual
móvil, el verdadero
Internet Inalámbrico
1980-1994 (aun se
utiliza)
1995-2001
(Presente)
2002-2010
(Parcialmente)
2010-2020
Tecnología
Tipo
Servicio
Disponible
• Desarrollado por AT&T Bell Labs a finales de los setenta.
Comercialmente por primera vez en 1983 en Chicago.
• Opera en la banda de 800 MHz. Utiliza modulación en FM
y cada canal ocupa un ancho de banda de 30 KHz.
• NAMPS (Narrowband AMPS): Motorola desarrolló este
sistema con el fin de aumentar la capacidad de AMPS.
Utiliza canales de 10 KHz de ancho de banda. Sacrifica
calidad del audio.
• El canal de control a 10 Kbps es modulado con FSK
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20
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
TACS (Total Access Communication
System)
• Muy similar al AMPS, pero el ancho de
banda del canal de RF es de 25 KHz. Se
utilizó principalmente en Inglaterra.
• Opera en la banda de 890-915 MHz y 935960 MHz
• El canal de control a 8 Kbps es modulado
con FSK.
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
NMT Nordic Mobile Telephone
• 400 MHz y 900 MHz
• Se utilizó principalmente en Suiza, Suecia y
España.
• Empleaba modulación FM y el ancho de banda del
canal de RF era de 12.5 KHz.
• Se utilizó en Colombia por parte de algunas
empresas de servicios, particularmente EEPPM y
EDA. Todavía existen algunos de estos sistemas
operando.
• Señalización FFSK a 1200bps
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Otros Sistemas
Diferencias entre los sistemas de
primera y segunda generación
• CNetz-450: Utilizado principalmente en Alemania y
Portugal. Modulación FM, ancho de banda del
canal RF de 10 KHz.
• Radiocom 2000: Desarrollado en Francia, utiliza
modulación FM, el ancho de banda del canal RF
es de 12.5 KHz.
• Canales de tráfico – 1G: analógicos; 2G: digital
• Encriptación – 2G
• Detección y corrección de errores – 2G.
• RMTS: Desarrollado en Italia, el ancho de banda
del canal es de 25 KHz.
• NTT: Desarrollado en Japon. Opera en la banda
de 800 MHz. Señalización a 300 bps
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
TDMA/IS-136
Bandas de Frecuencia para TDMA/IS-136
• La especificación TDMA fue definida en 1988 por
TIA.
• Desarrollo de los estándares TDMA:
 D-AMPS/IS-54.
 TDMA/IS-136.
 TDMA/IS-136+.
 TDMA/IS-136HS.
 UWC-136.
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21
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Características principales de TDMA/IS-136
Características principales de TDMA/IS-136(2)
http://www.privateline.com/PCS/Framesandlayers.htm
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Características Principales de TDMA/IS-136 (3)
Características Principales de TDMA/IS-136 (4)
• Sistema Digital.
• FDMA/TDMA.
• FDD.
• Brinda una velocidad de 48.6 Kbps por portadora radio.
• La eficiencia espectral es de 1.62 bps/Hz
• Utiliza modulación π/4 DQPSK.
• Emplea un CRC de 7 bits y codificación convolucional de
tasa ½, con entrelazado (interleaving).
• Los canales de control se basan en los de AMPS.
• Plan de reuso de frecuencias N=7.
• VSELP: Vector Sum excited linear prediction.
• Soporta estructura jerarquica de celdas (HCS).
Rango de frecuencia
Rx: 869-894 MHz; Tx: 824-849 MHz
Técnica de acceso múltiple
TDMA/FDMA
Método de duplexación
FDD
Número de canales
832 (3 users per channel)
espaciamiento entre canales /
ancho de banda
30 kHz
Modulación
π/4 DQPSK
Velocidad de transmisión de datos
48.6 kbps
Eficiencia espectral
1.62 bps/Hz
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Transmisión de Datos en TDMA/IS-136
Arquitectura del sistema TDMA/IS-136
•TDMA/IS-136 utiliza la tecnología CDPD (Cellular
Digital Packet Data – Servicio Celular Digital de
Paquetes de Datos) para la transmisión de datos.
HLR
•Velocidad de 19.2 Kbps.
•La red CDPD se superpone a la red TDMA/IS-136.
•También utiliza la tecnología SMS (Short Message
Service – Servicio de Mensajería Corta).
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BS
A
MSC/
VLR
GMSC
MS
ISDN
PSTN
PLMN
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
GSM – Global System for Mobile
Communications
Características Principales de GSM
•Definido en 1989 por ETSI. Norma Paneuropea
•En 1991 se instaló la primera red GSM
precomercial, dando inicio a la operación comercial
en el año 1992.
•GSM es la principal norma global de 2G en
términos de número de subscriptores y área de
cobertura. Además, es la tecnología base para
evolucionar hacia UMTS (Sistema Universal de
Telecomunicaciones Móviles) de IMT 2000.
• Tecnología de transmisión digital (Digitaliza y comprime
voz y datos).
• FDMA/TDMA.
• FDD.
• Espaciamiento entre portadoras de 200 KHz.
• 8 TS.
• Servicios de voz y datos por conmutación de circuitos.
• Velocidad de transmisión de 9.6 Kbps por canal.
• Utiliza modulación GMSK.
• Plan de reuso de frecuencia N=4.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Bandas de Frecuencia para GSM
Características Principales de GSM (2)
•
•
•
•
•
•
•
Soporta estructura jerárquica de celdas (HCS).
Provee algoritmos de encriptación.
Uso de SIM (Subscriber Identity Module)
Control de potencia.
Roaming global.
Generación de economías de escala.
Utiliza un codificador de fuente RELP (Residually
Excited Linear Predictive Coder).
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Características Principales de GSM (3)
Transmisión de Datos en GSM
• SMS
• HSCSD (High Speed Circuit Switched Data).
•
Servicio portador de GSM.
•
•
Conexión con redes TCP/IP.
Provee baja latencia.
•
Mejor desempeño para flujo continuo de datos.
•
Aplicaciones: correo electrónico, descarga de archivos,
WWW y transferencia de vídeo en tiempo real.
•
Prioridad a las llamadas de un solo canal (1TS) sobre las
multicanal (máximo 4TS).
• Velocidad de transmisión de datos 57 Kbps
• GPRS (General Packet Radio Service) 114 Kbps
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23
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Arquitectura del Sistema GSM
Arquitectura del Sistema GSM (2)
PDSN
SS
MS
BTS
Abis
BSC
A
GIWU
EIR
MSC/
VLR
GMSC
BSS
OSS
PSTN
ISDN
PLMN
HLR
MNS
AUC
MXE
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Arquitectura del Sistema GSM (3)
CDMA/IS-95
• Qualcomm.
• La especificación del estándar norteamericano CDMA/IS-95
empezó a definirse por TIA en 1991.
• Compatibilidad con AMPS
• Desarrollo de los estándares CDMA:
• CDMA/IS-95.
• CDMA/IS-95A.
• CDMA/IS-95B.
• cdmaOne.
• Su lanzamiento comercial: Septiembre de 1995.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Características Principales de CDMA/IS-95
• CDMA/IS-95: Tecnología de transmisión digital que
utiliza como técnica de acceso FDMA/CDMA.
• Espaciamiento de portadora de 1.25 MHz para
servicios de voz y datos.
• Se basa en la técnica de espectro ensanchado de
secuencia directa (DSSS – Direct Sequence Spread
Spectrum).
• Asigna un código ortogonal único a cada usuario
(código Walsh).
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Características Principales de CDMA/IS-95 (2)
• Cada portadora soporta (teóricamente) 64 códigos Walsh (64
usuarios).
• Resistencia a multitrayectoria.
• Privacidad.
• La velocidad de la secuencia de Pseudo Ruido (PN) es de
1.25 Mcps.
• Velocidad de transmisión de 9.6 – 14.4 Kbps por canal.
• Utiliza modulación OQPSK.
• Alta Eficiencia espectral debido a la reutilización de N=1.
• Control de potencia.
• CDMA proporciona traspaso suave (soft handover).
• El codificador es QCELP (Qualcomm Code Excited Linear
Predictive), de tasa variable, con un mínimo de 1200 bps.
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24
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Bandas de frecuencia para CDMA/IS-95
Características Principales de CDMA/IS-95 (3)
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Transmisión de Datos en CDMA/IS-95
Arquitectura del sistema CDMA/IS-95
• CDMA/IS-95
maneja una velocidad
de
transmisión de datos por conmutación de
circuitos de 9.6 – 14.4 Kbps por canal.
• El módulo IWF permite que la red CDMA/IS-95
se conecte con redes de datos públicas o
privadas.
Otras redes
PSTN
MS
BTS
IOS
BSC
MSC/
VLR
ATM / IP
IWF
Red ATM / IP
del operador
HLR/
AUC
Servidor
HDML
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Tecnologías 2G
Tecnologías Celulares
AMPS
D-AMPS
GSM
CDMA
Frecuencia de
operación
800 MHz
800 & 1900 MHz
900 y 1800 MHz
(Eu) 800 y 1900
MHz (EU)
800 & 1900 MHz
Ancho de canal
30 KHz
30 KHz
200 KHz
1.25 MHz
Usuarios por
Canal
1
3
8
20
Separación de
Canal
Frecuencia
Frecuencia
Y tiempo
Frecuencia y
tiempo
Frecuencia
Y código
Arquitectura de
red
IS-41
IS-41
GSM-MAP
IS-41
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25
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Capacidad de los Sistemas
Capacidad
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Velocidades de Acceso
Servicios en las Generaciones
Analógica
Primera generación
2G
Servicio principal voz
Solo servicios de voz SMS
Mensajeria de texto
Capacidades
de
modem para conexión
de PC (7-14)Kbps
2.5G
3G
Servicio principal voz
Servicio voz
SMS
SMS/MMS/EMS
Servicios avanzados de Video MPEG4
datos(WAP, Ringtones
Servicios basados en
y logos)
localización (habilita
PDA
GPS)
Despliegues de color
Bluetooth & WLAN
Computación Móvil con
Acceso a Internet de
alta Velocidad
Comercio Móvil
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
2000
Velocidad transmisión de datos - Kbps
1G
144
3G
Motivos para 3G
Video Streaming e
Internet de alta
velocidad
Convergencia de las redes móviles y las redes de datos, y la Oferta/Demanda
avanzada de servicios y aplicaciones.
2G
384
Mensajeria de texto
y Audio Streaming
Voz
128
Comercio
móvil
64
Periódico
Electrónico
Videoconferencia
(alta calidad)
Correo de
voz
32
Radio
móvil
E-mail
9.6
0
Teléfono-Voz
TV móvil
Fax
Datos,
clima,
tráfico,
Noticias,
Deportes,
acciones
Servicio
Médico
Remoto
(Imágenes
Medicas)
Publicidad
electrónica
Video
vigilancia,
Video Mail,
viajes, clima,
Trafico,
Noticias.
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26
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Promotor Desarrollo 3G
Tercera Generación
Evolución de los sistemas de comunicación
inalámbrica que sigue a los sistemas de segunda
generación.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Principales Características 3G
Principales Características 3G (2)
• Calidad voz comparable a la PSTN.
• Soporte de servicios de datos por conmutación de circuitos
y paquetes.
• Alta velocidad en transmisión de datos (144 Kbps, 384
Kbps, 2 Mbps).
• Transmisión de datos asimétrica y simétrica.
• Interoperabilidad entre estándares.
• Roaming global.
• Geo-Localización.
• Velocidades de transmisión de datos variables y fijas,
ancho de banda por demanda.
• Uso eficiente del espectro.
• Mayor capacidad y eficiencia espectral,
comparado con los sistemas de 2G.
• Interconexión con sistemas celulares de 2G y
servicios móviles por satélite.
• Roaming global entre distintos operadores IMT
2000.
• Economías de escala y normas globales que
cumplan con las necesidades del mercado en
masa.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Ideal 3G-IMT2000
La Realidad…Mucha Variedad
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27
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Estandarización de los Sistemas 3G
Estandarización de los Sistemas 3G
El trabajo está basado en las recomendaciones de la ITU (Unión
Internacional de Telecomunicaciones) para IMT 2000
(Telecomunicaciones Móviles Internacionales 2000).
En la actualidad, las cinco interfaces de radio terrestres
estandarizadas para IMT 2000 son:
• IMT DS / UTRA FDD (WCDMA FDD).
• IMT TC / UTRA TDD (WCDMA TDD).
• IMT MC / CDMA2000.
• IMT SC / UWC-136.
• IMT FT / DECT.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Normalización de IMT 2000
Bandas IMT2000
ITU IMT 2000
MARCO
IMT 2000
Tecnologías Radio
IMT 2000
UTRA
FDD / TDD
CDMA2000
UWC-136
Organizaciones
de
Especificaciones
Técnicas
3GPP
3GPP2
UWCC
EE.UU.
Europa
China
Japón
Corea
EE.UU.
China
Japón
Corea
EE.UU.
Europa
DECT
Proyecto ETSI /
DECT
Europa
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Camino de evolución de 2G hacia 3G
Evolución de los Sistemas Móviles
Inalámbricos
TDMA/IS-136
GSM
CDMA/IS-95
GPRS
CDMA 2000
1X
EDGE
CDMA 2000
1X EV-DO
GERAN
UMTS
UWC-136
CDMA 2000
1X EV-DV
Caminos TDM A/IS-136
Caminos GSM
Camino CDM A/IS-95
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28
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Evolución de GSM
Evolución GSM (2)
20022000
1999
1998
1997
GSM básico
EDGE
GPRS
HSCSD
WCDMA
Datos: 2 Mbps
Datos: 384 kbps
Voz: AMR (Adaptative Multi-Rate)
Datos: Conmutación Paquetes (153Kbps)
Conmutación Circuitos
Hasta 57 kbps
Voz
Datos: 9.6 kbps y SMS
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Evolución GSM (3)
Evolución GSM (4)
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UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Evolución CDMA
Evolución CDMA
Camino evolutivo planteado por el CDG (CDMA Development
Group)
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29
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
2G
2.5G
3G
Telefonía Celular
CS GSM 07.07 (9.6 – 28.8 Kbps)
GSM
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
HSCSD (28.8 – 56 Kbps)
GPRS (115 Kbps)
EDGE/WCDMA (384 Kbps)e
TDMA
Ley 37 de 1993 la Telefonía Movil Celular es
un servicio público de telecomunicaciones:
CS IS-135 (9.6 Kbps)
EDGE (384 Kbps)
CS IS-707 (9.6 or 14.4 Kbps)
CDMA
IS-95B (64 Kbps)
CDMA2000 - 1XRTT (144 Kbps)
CDMA2000 - 3XRTT (384
Kbps)
Data
networks
• No domiciliario
• Ambito y cubrimiento nacional
• Comunicación telefónica entre usuarios móviles,
PSTN.
CDPD (19.2Kbps), Mobitex (8Kbps), ARDIS (19.2 Kbps) Metricom (28 Kbps), HDR (1.5 Mbps)
Metricom (128 Kbps – 1 Mbps)
2001
2002
2003
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Telefonía Celular
Telefonía Celular
Cada vez más es mayor el número de personas en el
mundo utilizan teléfonos móviles.
1990 11 millones
 1999 400 millones
 1998 100 millones
 2000 500 millones
2002 1000 millones
2005 2000 millones
2007 3300 millones
2009 4000 millones
• Ingresos Generados
• UIT cálculos estimados proyectados a año
2004
telefonía móvil
sobrepasan 
telefonía local + larga distancia nacional e
internacional
• Internet, líneas arrendadas, redes de datos
privadas y telexmitad de los ingresos de la
telefonía móvil.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Telefonía Celular en Colombia
Telefonía Celular en Colombia
• Colombia 7.5 Millones Líneas Fijas
http://www.mintic.gov.co/images/documentos/cifras_del_sector/boletin_4t_banda_
ancha_vive_digital_2012.pdf
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30
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Telefonía Celular en Colombia (2)
Telefonía Celular en Colombia (3)
http://www.asomovil.org/images/investigaciones/telefonia-movil/1.%20Telefona%20Mvil.pdf
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Telefonía Celular en Colombia (4)
Telefonía Celular en Colombia (5)
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Telefonía Celular en Colombia (6)
Telefonía Celular en Colombia (7)
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31
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Telefonía Celular en Colombia (8)
Telefonía Celular en Colombia (9)
•
Tigo-Millicom
– Tecnología: UMTS-HSPA, HSPA+. Planeado LTE.
– Fecha de inicio GSM: Nov-03
– Frecuencia: 1900
•
Comcel-Claro-America Movil
– Tecnología : UMTS-HSPA, HSPA+. Planeado LTE
– Fecha de inicio GSM: Jul-03
– Frecuencia: 850/1900
•
Movistar Colombia
– Tecnología : UMTS-HSPA, HSPA+. Planeado LTE
– Fecha de inicio GSM: Jul-05
– Frecuencia: 850/1900
•
UNE-EPM Telecomunicaciones
– Tecnología : LTE
– Fecha de inicio: Dic-11
– Frecuencia: 2.6 GHz, 2500/2690 MHz
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
PCS-Personal Communication Services
Ley 555 de 2000 articulo 2
PCS
•
•
•
•
•
•
•
Servicios públicos de telecomunicaciones.
No domiciliarios.
Móviles o fijos
De ámbito y cubrimiento nacional
Red terrestre de telecomunicaciones.
Espectro radioeléctrico asignado.
Capacidad completa para la comunicación entre
usuarios PCS y, a través de la interconexión con
otras redes de telecomunicaciones.
•
•
•
•
•
•
•
Movilidad personal y movilidad de terminal.
Servicios multimedia de calidad.
Servicio de Roaming global.
Único numero.
Alta capacidad.
Terminal universal.
Seguridad.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
PCS en Colombia
PCS en Colombia
A
diferencia
de
la
mayoría de países, PCS
no entró al mercado
como una concepción
innovadora que superará
las limitaciones de las
tecnologías existentes.
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Los operadores celulares del
momento
en
Colombia
contaban
con
ventajas
significativas frente a nuevos
proveedores para servicios
PCS, pues varios de los
obstáculos ante los cuales se
enfrentan estos últimos ya
habian sido superados por los
primeros.
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32
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Las Caras del Negocio
Las Caras del Negocio
Colombia celebró una subasta pública para las
licencias de telefonía móvil PCS en banda C.
• Los operadores celulares no pudieron
participar en la primera licitación. Gobierno
mencionaba que los usuarios serian los más
beneficiados
• Las autoridades planearon vender tres
licencias PCS de 30MHz que cubrieran las
regiones del occidente, oriente y costa
atlántica del país.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Usuarios
PCS Frecuencias
¿Esta tecnología mejoro el servicio y redujo
las tarifas?
Asignación
de
frecuencias de PCS
según la FCC.
En Colombia se asignó
la banda C (18951910MHz
y
19751990MHz).
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Propuestas de PCS
Diferencias entre celular y PCS
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33
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Diferencias entre celular y PCS
Diferencias entre celular y PCS
• Frecuencia de operación:
– Celular: 800 MHz
– PCS: 1900MHz
• Esto implica
– Menor cobertura por estación base
– Mayor presencia de fenómenos físicos
que afectan la cobertura como la
difracción y la dispersión.
• Mayor ancho de banda
– Celular: 12.5 MHz (416 canales de 30
KHz)
– PCS: 15 MHz (449 canales de 30 KHz)
• Esto implica:
– Menos de un 8% adicional de capacidad
– Que en la práctica se compensa con la
menor cobertura.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Diferencias entre celular y PCS - Servicios
Servicios 3G
• Depende de la tecnología.
• Los
operadores
actuales
(Comcel,
Telefónica Móviles y Tigo) cuentan con
HSPA+.
• UNE cuenta con LTE.
• Mensajería corta punto a punto (SMS)
• Mensajería corta
punto
multipunto
broadcast).
• Multimedia Messaging Services (MMS)
• Internet (E-mail, web, ftp, chat)
• Video conferencia.
• Entretenimiento (Juegos, videos, MP3)
• Servicios basados en localización (LBS)
• M-Commerce, VPN, e-cash.
• Streaming audio/video.
(SMS
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
MMS
LBS
Es
un
servicio
de
mensajería del tipo store
and forward, que le
permite
al
usuario
intercambiar
mensajes
de
audio,
video,
imágenes y texto con
otros usuarios.
Los servicios basados en localización se valen
de la posibilidad de localizar geográficamente
un dispositivo móvil para ofrecer ayudas a la
navegación,
mercadeo,
servicios
de
emergencia, entre otras.
Nokia 3650
Frecuencia de operación:
900 / 1800 / 1900
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Tecnologías de Datos – Comparación
Cx
Paquetes
(CDPD/GPRS)
Datos Interesantes
 CX Circuitos
 (HSCSD)
• Eficiente para mensajes
cortos y en ráfagas.
• No
retardos
por
establecimiento
de
llamada.
• Capacidad
puntomultipunto.
• Altos niveles de potencia
en cortos intervalos de
tiempo.
• Radioenlace seguro.
 Eficiente en transmisión
continua de datos.
 Requiere
establecimiento (call SetUp) y terminación de
llamada (Clear Call).
 Solo conexión punto a
punto.
 Registro
para
cada
llamada.
 Alta potencia por todo el
tiempo de conexión.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Datos Interesantes
Datos Interesantes
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Datos Interesantes
Datos Interesantes
• En América
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Datos Interesantes
Datos Interesantes
• Penetración LTE
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Datos Interesantes
Datos Interesantes
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Datos Interesantes
Datos Interesantes
• Tendencias tecnológicas
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Datos Interesantes
Datos Interesantes
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Datos Interesantes
Datos Interesantes
• Infografia banda ancha móvil.
– http://www.4gamericas.org/index.cfm?fuseaction=page&
pageid=2210
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Datos Interesantes
Datos Interesantes
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Tendencias y perspectivas
Tendencias y perspectivas (2)
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Espectro para IMT-Avanzado
Espectro IMT en Colombia
• Reporte ITU-R M.2079
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
(410-430) MHz.
(450-470) MHz.
(470-960) MHz.
(1710-2025) MHz.
(2110-2200) MHz.
(2300-2400) MHz.
(2500-2690) MHz.
(2700-2900) MHz.
(3400-4200) MHz.
(4400-4990) MHz.
• Decreto 4722 de diciembre 2 de 2009.
– Otorgamiento espectro. Banda 1850-1990 MHz.
– Tope máximo por operador 55 MHz.
• Subasta de 2011.
• Decreto 2980 de 2011 de agosto 19 de 2011.
– Tope máximo por operador 85 MHz.
• 85 MHz para las bandas altas. (Entre 1710 MHz y 2690
MHz).
• 30 MHz para las bandas bajas (Entre 698 MHz y 960
MHz).
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Espectro IMT en Colombia
Espectro IMT en Colombia
• Asignación espectro – previo subasta 2013.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Espectro IMT en Colombia
Espectro IMT en Colombia
• Decreto 2980 de agosto 19 de 2011.
– (450 – 470) MHz.
– (698 – 790) MHz.
– (790 – 960) MHz.
– (1710 – 2025) MHz.
– (2110 – 2200) MHz.
– (2300 – 2400) MHz.
– (2500 – 2690) MHz.
• Espectro asignado por operador
– Alemania: 157 MHz.
– España: 116 MHz.
– Francia: 117 MHz.
– China: 165 MHz.
– Brasil: 85 MHz.
– México: 70 MHz.
– Perú, Uruguay, Chile: 60 MHz.
– Colombia: 50 MHz.
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Dividendo Digital
Dividendo Digital
• 698 – 806 MHz.
• Buena Cobertura.
• Espectro Disponible a mediano plazo.
• WRC-2007.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Dividendo Digital
Banda de Servicios Inalámbricos Avanzados
(AWS, Advanced Wireless Services)
• Cuadro Nacional de Atribución de Bandas
del Espectro Radioeléctrico
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• (1710 – 1755) MHz y (2110 – 2155) MHz.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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Banda de Servicios Inalámbricos Avanzados
(AWS, Advanced Wireless Services)
Banda (2500-2690) MHz
• Cuadro Nacional de Atribución de Bandas
del Espectro Radioeléctrico
•
•
•
•
Servicios de radiocomunicación fijo y móvil.
2011. 50 MHz. UNE-EPM.
80 MHz. FDD.
50 MHz. TDD.
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Bandas de espectro a subastar en
2012
Bandas de espectro a subastar en
2012
UNIVERSIDAD DEL CAUCA – DEPARTAMENTO DE TELECOMUNICACIONES
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
Resultados subasta 2012
Articulo
• ―The realities of spectrum—Challenges,
regulation, T&M and exploratory band
searching‖. Oct 11-2012.
– ―Consumer demand for faster-performing
advanced services is driving a war in not only
between the broadcast and broadband
industries, but also between commercial
providers and government users for space on
the nation's airwaves. ”
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Énfasis II: Radiocomunicaciones Móviles e Inalámbricas
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Fuentes
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•
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•
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•
•
ITU.
CDG – CDMA Development Group.
4G Americas.
UMTS-Forum.
CRT.
ANE.
MinTIC.
UNIVERSIDAD DEL CAUCA - VICTOR MANUEL QUINTERO FLOREZ
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