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Tecnología de Redes Celulares y datos

Presentación para entender la evolución que se ha logrado atreves de la historia hasta hoy.
by

Giovanni Peña

on 25 August 2013

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Transcript of Tecnología de Redes Celulares y datos

"REDES CELULARES, VOZ Y DATOS."
Edgar Giovanni Peña
La tecnología de redes celulares desempeña un gran papel en la revolución tecnológica, su evolución, desarrollo, funcionamiento, impacto social a contribuido a facilitar las actividades de las personas y han llevado a que sea necesaria su utilización.
Lo más inquietante de este sistema de comunicación es como transporto mi voz a otro lado sin ningún tipo de cable?. ¿Qué lo hace diferente de un teléfono normal?
Para empezar, una de las cosas más interesantes acerca de un teléfono celular es que en realidad es una radio – un radio extremadamente sofisticado, pero al fin un radio en sí.
Generación Cero (0G)
La (0G)Representa a la telefonía móvil previa a la era celular. Estos teléfonos móviles eran usualmente colocados en autos o camiones, aunque modelos en portafolios también eran realizados. Por lo general, el transmisor (Transmisor-Receptor) era montado en la parte trasera del vehículo y unido al resto del equipo (el dial y el tubo) colocado cerca del asiento del conductor.
Primera Generación (1G)
Segunda Generación (2G)
Generación (2.5G)
Tercera Generación (3G)
Cuarta Generación (4G)
La 1G de la telefonía móvil hizo su aparición en 1979, introdujo los teléfonos "celulares", basados en las redes celulares con múltiples estaciones de base relativamente cercanas unas de otras, y protocolos para el "traspaso" entre las celdas cuando el teléfono se movía de una celda a otra.
La transferencia analógica y estrictamente para voz son características que identifican la generación.
Para la 2G se convirtió en un sistema digital, se creó la primer red GSM (Sistema Global para las Comunicaciones móviles). En estos celulares el tamaño cambió drásticamente al igual que su peso y ya se podía transferir datos además de voz. A partir de esta generación ya hay roaming global.
La siguiente generación fue la 2.5. Esta generación fue una mejora a la 2G y se preveía lo que podía contener la 3G, como la conmutación de datos en paquetes. El GPRS (General Packet Radio Service) fue desarrollado para el sistema GSM. Después se introdujo el EDGE (Enhanced Data rates aplicado a GSM Evolution). También se desarrollo otro tipo de tecnología como CDMA 2000 1x.
Para la generación 3G se crearon 3 tipos de tecnologías la UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) usando CDMA (Acceso Multiple por División de Código) de banda ancha, este sistema proporciona la transmisión de datos en paquetes y por circuitos de conmutación de alta velocidad, es decir, de hasta 2 Mbps. La otra tecnología fue la CDMA 2000 1xEV-DV, que ofrece servicios totales de voz y datos y es compatible con CDMA y CDMA 2000 1x y su transferencia fue de hasta 3.1 Mbps. La tercer tecnología que se desarrollo para esta generación fue desarrollado en China, el TD-SCDMA (Time Division Synchronous CDMA).
Esta generación aún no es considerada como 4G por parte de IEEE, es por eso que también se le conoce como “Beyond 3G” (Más allá de 3G).
Esta generación utiliza el protocolo TCP/IP el cual es el mismo protocolo de Internet, pero para esta generación se estará utilizando el Protocolo de Internet versión 6 IPv6. Se espera que este protocolo actúe como elemento concentrador de las diferentes tecnologías radio, debido a que las mejoras de IPv6 en comparación con el protocolo que aún se sigue utilizando (IPv4) son notables, entre ellas la movilidad, direccionamiento y la seguridad. Debido a esto, la IETF (Internet Engineering Task Force) ha empezado a definir el Protocolo Mobile IP.
Ante la actual dependencia de los celulares, no hay más remedio que mejorarlos según las necesidades actuales, es decir, de nada nos serviría tener que usar un aparato para solo hablar por teléfono si se puede tener el mismo aparato para realizar un sin fin de actividades con solo presionar un botón.
Por lo pronto habrá que aprovechar la 3G donde las transmisiones no son tan rápidas como las de la 4G pero aún así, traen cosas que solo se podían esperar en la ciencia ficción, quien sabe tal vez próximamente podamos controlar la casa o trabajo desde el celular.
CELDAS
La gran idea del sistema celular es la división de la ciudad en pequeñas células o celdas. Esta idea permite la re-utilización de frecuencias a través de la ciudad, con lo que miles de personas pueden usar los teléfonos al mismo tiempo. Cada celda generalmente tiene un tamaño de 26 kilómetros cuadrados. Las celdas son normalmente diseñadas como hexágonos.
Cada celda en un sistema análogo utiliza un séptimo de los canales de voz disponibles. Eso es, una celda, más las seis celdas que la rodean en un arreglo hexagonal, cada una utilizando un séptimo de los canales disponibles para que cada celda tenga un grupo único de frecuencias y no haya colisiones
Cada celda tiene una estación base que consiste de una torre y un pequeño edificio que contiene el equipo de radio, la tecnología celular requiere de un gran número de bases o estaciones en una ciudad de cualquier tamaño.
Cada ciudad necesita tener una oficina central la cual maneja todas las conexiones telefónicas a teléfonos convencionales y que controle todas las estaciones de la región.
CLUSTER O RACIMO
El clúster esta formado por un conjunto de celdas, las cuales agrupan la totalidad de frecuencias disponibles para la red celular, es decir, ningún canal puede ser reusado dentro del clúster.
El uso de las frecuencias en los clúster se realiza usando patrones de re-uso de frecuencia. Debe encontrarse un equilibrio en el número de celdas del clúster para evitar la interferencia que podría ocurrir entre los clúster vecinos.
Los clúster típicos agrupan entre 4, 7, 12 o 21 celdas. El clúster con menor número de celdas posee el mayor número de canales por celda.
REUTILIZACIÓN DE FRECUENCIAS
La reutilización de frecuencias se basa en asignar a cada celda un grupo de canales de radio de los canales disponibles, los cuales son diferentes entre celdas vecinas. El grupo de canales asignados a cada celda puede ser usado en otras celdas cuando estén separados por una distancia mínima adecuada para que sus frecuencias no interfieran.
HANDOVER O TRANSFERENCIA
Handover es el proceso de pasar la comunicación de una estación móvil que ocupa un canal de radio a otro, con el propósito de no dejar caer una llamada y asegurar una relación señal-ruido adecuada durante todo el lapso de la llamada.
Cuando un usuario cruza el límite entre celdas adyacentes se realiza el proceso de handover sin interrumpir la llamada o alertar al usuario.
ESTRUCTURA BÁSICA DE UN
SISTEMA CELULAR
Terminal celular móvil
Estación base
Estación de control y conmutación
Tranceptores
Radio canales
INFRAESTRUCTURA DE LA RED CELULAR
MS (Mobile Station): Terminal de abonado. dispositivo (teléfono móvil)
BTS (Base Transceiver Station):(Estación Base), también se suele abreviar como BS. Es un emisor/receptor de radio.
MSC (Mobile Switching Centre): Conmutador de red encargado de interconectar la red de telefonía convencional con la red radiotelefónica. Esta participa en la gestión de movilidad de los abonados y su localización en la red.
BSC (Base Station Controller): Controlador encargado de gestionar una o varias estaciones base. Actúa como un concentrador para el tráfico de los abonados Y como un enrutador hacia la estación base destinataria en caso de tráfico proveniente de un conmutador.
Actúa como un repetidor para datos de control de las BS hacia el centro de control y mantenimiento.
HLR (Home Location Register): Base de datos que contiene información relativa a los abonados de una red. Describe a su vez las opciones y servicios contratados por el abonado y aquellas opciones a las que tiene acceso. Se almacena la última localización conocida del abonado y el estado de su terminal (fuera de servicio, encendido, en comunicación...). Para identificar a un abonado asociado a un terminal móvil se utiliza cierta información almacenada en la tarjeta SIM.
VLR (Visitor Location Register): Base de datos asociada a un conmutador MSC que almacena la identidad de los abonados itinerantes de la red. Su funcionalidad es importante, ya que se utiliza para controlar la ubicación de un abonado.
AUC (AUthentication Centre): Base de datos que almacena información confidencial (como los derechos de uso) de cada abonado de la red. Para autenticarse en dicha base de datos es necesario que el abonado acceda a su tarjeta SIM (mediante su código PIN) para que ésta, mediante un protocolo de petición-respuesta, sea capaz de dar por válida la identidad del usuario en la red, momento en el cual no se deniega el acceso a la red.
ANTENAS
Una antena es un dispositivo pasivo (un arreglo de conductores eléctricos) que convierte potencia RF (radiofrecuencia) en campos electromagnéticos o en su defecto intercepta éstos mismos y los convierte a energía RF.
Una antena de telefonía móvil es una estación base, de instalación fija, que se conecta con los teléfonos móviles mediante ondas electromagnéticas de radiofrecuencia, asimismo las antenas se comunican con la central de su propia red
Se pueden usar antenas omnidireccionales, ubicadas en el centro de las celdas, o 3 antenas direccionales, cada una cubriendo una célula sectorial de 120°.
Las antenas de telefonía se caracterizan por ser bi-direccionales (emisión o recepción) de baja potencia. Además por producir radiación RF, son montadas sobre postes, torres de transmisión, o en los techos de altos edificios, ya que necesitan estar a cierta altura para poder tener una cobertura más amplia.
Cuando una persona se comunica mediante un celular, éste se conecta a la antena más cercana, que a su vez envía la llamada hacia la central de telefonía que nos conecta con nuestro receptor.
TECNOLOGÍAS DE ACCESO CELULAR
El requerimiento principal de una red en el concepto celular es encontrar la manera de que cada estación distribuida distinga la señal de su propio transmisor de la señal de otros transmisores.
Acceso Múltiple por División de Tiempo (TDMA)
La tecnología TDMA, permite a los operadores de red celular multiplexar transmisiones múltiples sobre una frecuencia de radio. Esto proporciona un mayor soporte de suscriptor utilizando el espectro de frecuencias disponibles.
Actualmente, TDMA soporta tres (3) transmisiones digitales sobre una frecuencia, lo cual es bastante para un limitado espectro de frecuencias.
En redes GSM, la tecnología TDMA se encuentra dividida en ocho (8) ranuras de tiempo (en lugar de tres), esa es la razón por la que GSM puede soportar un mayor número de suscriptores por canal de voz.
La razón de la diferencia es que el espaciamiento de los canales de AMPS es de 30 Khz. Y en las redes GSM es de 200 Khz.
En el momento que un teléfono celular solicita servicio desde un sitio celular, dicho “sitio” identifica la frecuencia a la que el teléfono transmite y la brecha de tiempo que utilizará, de este modo se le asigna esta brecha de tiempo al teléfono celular y no será utilizada por ningún otro teléfono de la misma celda.
Acceso Múltiple por División de Código (CDMA)
En CDMA varias frecuencias se envían sobre la misma frecuencia sin multiplexado.
Después de digitalizar la información la transmite atreves de todo el ancho de banda disponible, varias llamadas son sobrepuestas en el canal y cada una tiene un código de secuencia único (comprimir de 8 a 10 llamadas digitales )
Las ventajas de CDMA son:
Contempla un método de control de energía diseñado para el ahorro de la batería y para ayudar a que no hayan interferencias con otro canal. Así se establece una comunicación con el sitio celular receptor y el teléfono para mantener los niveles de potencia constantes y los mas pequeños posibles.
CDMA soporta servicios de datos, conmutación de paquetes y la integración de datos empaquetados digitales celulares(CDPD).
ESTABLECIMIENTO DE UNA LLAMADA
Una llamada telefónica sobre una red celular requiere del uso de dos canales de voz full duplex simultáneamente, uno se llama CANAL DE USUARIO y el otro, CANAL DE CONTROL. La estación base transmite y recibe, y se llama canal de control directo y canal de voz directo, y la unidad móvil transmite y recibe con el control y los canales de voz diversos.
Cuando una unidad móvil se enciende, realiza una serie de procedimientos de arranque y después prueba la intensidad de la señal recibida en todos los canales de usuario prescritos.
TECNOLOGÍAS
CDPD (Cellular Digital Packet Data)
WAP (Wireless Application Protocol)
GPRS (General Packet Radio Service)
EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution)
UMTS (Universal Mobile Telecommunications System
IDen (Integrated Digital Enhanced Network

CDPD (Cellular Digital Packet Data
Implica un servicio de transmisión de datos paquetizados conmutados sobre un canal inalámbrico de radiofrecuencia.
Es de acceso móvil a nivel de Wan brinda tres tipos de servicios : red soporte aplicación.
Interfaz A(Airlink)
Interfaz E(External)
Interfaz I(Inter service Provider)
COMO SE CONECTAN DATOS A INTERNET VIA MOVIL
GPRS (General Packet Radio Service)
La nueva tecnología GPRS se basa en la optimización de la tecnología GSM utilizada hasta ahora para las comunicaciones móviles, a la que se añaden capacidades adicionales de transmisión de datos.
Transmisión por paquetes
Transmisión en paralelo
Conexión permanente con direcciones de Internet
Velocidad de transmisión 115 Kbps. (Kilobits por segundo)
PRINCIPALES APLICACIONES DE GPRS:
Correo electrónico
Navegación por Internet
Transferencia de archivos
UMTS
Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles (Universal Mobile Telecommunications System - UMTS) es una de las tecnologías usadas por los móviles de tercera generación (3G, sucesora de GSM, debido a que la tecnología GSM propiamente dicha no podía seguir un camino evolutivo para llegar a brindar servicios considerados de Tercera Generación.
Sus características
Capacidades multimedia
Una velocidad de acceso a Internet elevada. la cual también le permite transmitir audio y video en tiempo real;
transmisión de voz con calidad equiparable a la de las redes fijas. Además, dispone de una variedad de servicios muy extensa
EL CELULAR
MUCHAS GRACIAS...
HISTORIA DE LA TELEFONÍA CELULAR.
La historia del teléfono móvil se remonta a los inicios de la Segunda Guerra Mundial, donde ya se veía que era necesaria la comunicación a distancia de un lugar a otro, es por eso que la compañía Motorola creó un equipo llamado Handie Talkie H12-16, el fin era permitir la comunicación a distancia entre tropas usando frecuencias de banda, en ese tiempo no superaban los 600kHz.

Comenzaron a perfeccionar y amoldar las características de este nuevo sistema revolucionario ya que permitía comunicarse a distancia. Fue así que por los años de 1970 se llegó a crear un equipo que ocupaba recursos similares a los Handie Talkie pero que iba destinado a personas que por lo general eran grandes empresarios y debían estar comunicados, es ahí donde se crea el teléfono móvil y marca un hito en la historia de los componentes inalámbricos ya que con este equipo podría hablar a cualquier hora y en cualquier lugar.

Martin Cooper fue el pionero de esta tecnología, a él se le considera como “El padre de la telefonía celular” al introducir el primer radioteléfono, en 1973, en Estados Unidos, mientras trabajaba para Motorola.
Las estaciones base de telefonía móvil son radios bidireccionales multicanal de baja potencia, es decir, emiten y reciben varias señales a la vez. Las Estaciones Base cubren un área de terreno conocido como “celda”. Las celdas son más grandes en terrenos llanos donde la señal no se ve interrumpida por obstáculos del terreno o edificios.

Cuando una persona que está usando el móvil, se traslada, la señal de radiofrecuencia pasa de una Estación Base a otra, permitiendo una comunicación continua.
REDES DE VOZ Y DATOS.
Las redes de voz y datos se diseñan para interconectar todas las áreas de un negocio o empresa buscando aplicar lo más reciente en materia de tecnología, aprovechando las convergencias entre las redes de voz y datos, y de esta forma, brindar un servicio de calidad, seguridad y reducción de costos en sus comunicaciones telefónicas y digitales.
WCDMA es una técnica de radio de banda ancha que permite obtener mayores velocidades de transmisión de datos para el usuario y un uso más eficiente del espectro de radio que los sistemas actuales.
• WCDMA es una tecnología de interfaz de radio de banda ancha que cumple el IMT-2000 y que se emplea en la norma UMTS.
• El primer sistema WCDMA ha sido implantado por Ericsson para NTT DoCoMo en Japón, (1998 ).
• Según estudios realizados, se estima que la tecnología WCDMA ofrecerá hasta 384Kbps en grandes áreas y 2 Mbps en pequeñas áreas.
• WCDMA puede soportar simultáneamente varias conexiones (por ejemplo, una conexión a Internet, una conversación telefónica, videoconferencia, etc).
Una red de voz y datos es un sistema que conecta ordenadores y otros equipos informáticos con el fin de compartir recursos e información entre si.
En este marco de doble mundo aparecen tecnologías de integración como es el caso de la que nos ocupa, la Telefonía IP. Esta tecnología permite transportar llamadas de voz a través de las redes de datos, públicas o privadas. Ello se consigue digitalizando y fragmentando las conversaciones de voz en paquetes, que se someten después a compresión y se transmiten independientemente por una red de datos hasta su destino. La telefonía IP utiliza la tecnología de Voz sobre IP (VoIP) para transportar la voz, pero además ofrece todas las funcionalidades habituales de la telefonía tradicional, y aporta innumerables ventajas.
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