1 Telefonia Celular

2 Grupo No. 5

3 Por Favor Hacer Silencio

4 Perspectiva Histórica:Telefonia celular Resumen: El siguiente informe de Investigación explica el funcionamiento del sistema de telefonía celular, que ha tenido una gran difusión a fin del siglo XX. El informe abarca desde la perspectiva histórica del sistema, sus comienzo y su desarrollo hasta una explicación detallada de cada parte que integra sistema. El fin de este trabajo es explicar de forma sencilla como funciona el sistema de telefonía celular usado en estos días. Perspectiva Histórica: La radio móvil fue usada desde 1921, cuando el Departamento de Policía de Detroit utilizó un sistema de radio móvil que operaba a una frecuencia cercana a 2 MHz. En 1940 , la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) dispuso nuevas frecuencias para la radio móvil en la banda de frecuencia de 30 a 40 MHz. Sin Embargo, hasta que los investigadores desarrollaron técnicas de modulación en frecuencia, para mejorar la recepción en presencia de ruido electrónico y desvanecimiento de señales, la radio móvil se convirtió en útil. El primer sistema de telefonía móvil comercial en los Estados Unidos se estableció, en 1946, en St. Louis Missouri, cuando la FCC proporcionó seis canales de telefonía móvil de 60 KHz, en el rango de frecuencias 150 MHz. En 1947 se estableció un sistema móvil público en la carretera entre la ciudad de Nueva York y Boston que opero en el rango de frecuencia de 35 a 40 MHz. En 1949, La FCC autorizó seis canales móviles adicionales a las portadoras de radio comunes, las cuales definieron como compañías que no proporcionan un servicio telefónico de línea alámbrica pública, pero si se interconectan a la red telefónica pública y proporcionan un servicio de teléfono inalámbrico equivalente. La FCC después incrementó el número de canales de 6 a 11, reduciendo el ancho e banda a 30 KHz y espaciando los nuevos canales entre los viejos. En 1950, la FCC agregó 12 canales nuevos en la banda de 450 MHz. Hasta 1964, los sistemas de telefonía móvil operaban sólo en el modo manual; un operador del teléfono móvil especial manejaba cada llamada, de y hacia cada unidad móvil. En 1964, los sistemas selectores de canales automáticos fueron colocados en servicio para los sistemas de telefonía móvil. Esto eliminó la necesidad de la operación oprimir-para-hablar (push-to-talk) y les permitía a los clientes marcar directamente sus llamadas, sin la ayuda de una operadora. La instalación de llamadas automáticas fue extendida a la banda de 450 MHz, en 1969, y los sistemas de telefonía móvil mejorados (IMTS), se convirtieron al servicio de telefonía móvil estándar de Estados Unidos. El MTS usa los canales de radio de FM para establecer enlaces de comunicación, entre los teléfonos móviles y los transceptores de estación de base centrales, los cuales se enlazan al intercambio de teléfono local por medio de las líneas telefónicas metálicas normales. Los sistemas MTS sirven a un área de aproximadamente 60 Km a la redonda y cada canal opera similarmente a una línea compartida. Cada canal puede asignarse a varios suscriptores, pero sólo un suscriptor puede utilizarlo a la vez. Si el canal preasignado está ocupado, el suscriptor debe esperar hasta que se desocupe, antes de hacer o recibir una llamada. La demanda creciente en el espectro de frecuencia de telefonía móvil saturado impulsó a la FCC a buscar un modo de proporcionar una eficiencia del espectro de frecuencia mayor. En 1971 AT&T hizo una propuesta sobre la posibilidad técnica de proporcionar respuesta a lo anterior. Se comenzaba a delinear el principio de la radio celular.

5 Unidades de Telefonía Móvil:Las Unidades de Telefonía Móvil y portátiles son básicamente la misma cosa. La única diferencia es que las unidades portátiles tienen una potencia de salida más baja y una antena menos eficiente. Cada unidad de teléfono móvil consiste de una unidad de control, un transceptor de radio, una unidad lógica y una antena móvil. La unidad de control alberga todas las interfaces de usuario, incluyendo un auricular. El transceptor de radio utiliza un sintetizador de frecuencias para sintonizar cualquier canal del sistema celular asignado. La unidad lógica interrumpe las acciones del suscriptor y los comandos del sistema y maneja al transceptor y las unidades de control

6 Protocolo de Comunicaciones:El último componente del sistema celular es el Protocolo de Comunicaciones que gobierna la manera en que una llamada telefónica es establecida. Los protocolos celulares difieren entre países. En estados Unidos se utiliza el estándar del Servicio de Telefonía Avanzado (AMPS), mientras que en Canadá se utiliza el sistema AURORA 80B. Cada país europeo tiene su propio estándar. El Sistema de Comunicaciones de Acceso Total (TACS) se usa en el Reino Unido; NMT o sistema nórdico en los países escandinavos; RC2000 en Francia; NETZ C-450 en Alemania; y NTT es el estándar japonés para la telefonía celular.

7 Procesamiento de LlamadasUna 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, el 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. La conclusión de una llamada dentro de un sistema de radio celular es muy similar a la de telefonía pública conmutada. 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. La unidad automáticamente se sintoniza al canal con la intensidad de la señal de recepción mas fuerte y se sincroniza para controlar la información transmitida por el controlador de sitio de célula. La unidad móvil interpreta la información y continúa monitoreando el/los canal(es) de control. La unidad móvil automáticamente rastrea periódicamente para asegurarse que está utilizando el mejor canal de control. Dentro de un sistema celular, las llamadas se pueden realizar entre una línea compartida y un teléfono móvil o entre dos teléfonos móviles.

8 Llamada de línea a móvil:El centro de conmutación de un sistema celular recibe una llamada de una línea compartida a través de una línea interconectada dedicada, desde la red telefónica pública conmutada. El conmutador traslada los dígitos marcados y determina si la unidad móvil, a la cual la llamada está destinada, está colgada o descolgada (ocupada). Si la unidad móvil está disponible, el conmutador vocea al suscriptor móvil. Siguiendo una respuesta de voceo de la unidad móvil, el conmutador asigna un canal desocupado e instruye a la unidad móvil que se sintonice en ese canal. La unidad móvil envía una verificación de la sintonización del canal por medio del controlador en el de sitio de célula y después envía un tono de progreso de llamada al teléfono móvil del suscriptor, causando que éste suene. El conmutador termina los tonos de progreso cuando recibe la indicación positiva que el suscriptor ha contestado el teléfono y la conversación entre dos personas comienza.

9 Llamada de móvil a línea:Un suscriptor móvil que desea llamar a una línea compartida, primero introduce el número llamado en la memoria de la unidad, usando los botones de tono o de pulso en la unidad del teléfono. El suscriptor, entonces oprime la tecla para enviar, la cual transmite el número marcado, así como el número de identificación del suscriptor móvil al conmutador. Si el número de identificación es válido, el conmutador enruta la llamada sobre una interconexión de línea terminada a la red de telefonía pública, lo cual termina la conexión a la línea compartida. Usando el controlador de sitio de célula, el conmutador asigna a la unidad móvil que sintonice ese canal. Después de que el conmutador reverifica que la unidad móvil está sintonizada al canal asignado, el suscriptor móvil recibe un tono de llamada en progreso, audible, del conmutador. Después que la persona a la que se llamó levanta el teléfono, el conmutador termina los tonos de llamada en progreso y la conversación puede comenzar

10 Llamadas de móvil a móvil:Las llamadas entre dos unidades, también son posibles en el sistema de radio celular. Para originar una llamada a otra unidad móvil, el que llama introduce el número marcado en la memoria de la unidad, por medio del teclado en el dispositivo de teléfono y después oprime la tecla enviar. El conmutador recibe el número de identificación del que llama y el número marcado y después determina si la unidad llamada está libre para recibir una llamada. El conmutador envía un comando de voceo a todos los controladores de sitio de célula y el que es llamado (el canal puede estar en cualquier parte del área de servicio) recibe un llamado. Después de un voceo positivo del que fue llamado, el conmutador asigna a cada uno, un canal de usuario desocupado y les instruye que se sintonicen a su canal respectivo. Entonces el teléfono del que se está llamando suena. Cuando el sistema recibe una noticia de que el que fue llamado ha contestado el teléfono, el conmutador termina el tono de llamada progresiva y la conversación puede comenzar entre las dos unidades. Si un suscriptor móvil desea iniciar una llamada y los canales de usuario están ocupados, el conmutador envía un comando de reintento instruyendo al suscriptor que vuelva a intentar la llamada por medio de una célula vecina. Si el sistema no puede distribuir un canal de usuario por medio de la célula vecina, el conmutador transmite un mensaje de intercepción a la unidad móvil que esta llamando por medio del canal de control. Cada vez que esta llamando a un suscriptor móvil que está ocupado, el que llama recibe una señal de ocupado. Además, si el número que se está marcando no es válido, el sistema envía un mensaje grabado por medio del canal de control o proporciona un aviso de que la llamada no puede procesarse

11 Problemas con los teléfonos celularesComo el caso de los teléfonos inalámbricos, los teléfonos celulares tienen varias desventajas que debe conocer. Vale aclarar que las desventajas no son necesariamente defectos o fallas en el diseño de un teléfono celular, sino sólo son parte de la naturaleza del producto. En la mayoría de los casos, estas desventajas tienen que ver con en enlace de radio entre el teléfono celular y una estación de celda. Los problemas de los teléfonos celulares pueden agruparse en cuatro categorías fundamentales: pérdidas de señal, Zonas Muertas Problemas de baterías Intimidad

12 Perdidas de Señal: Un problema inherente a las señales de radio en la gama de 800 a 900 MHz (banda de comunicaciones celulares)es que las señales tienden a moverse sólo en líneas rectas a partir de su antena. Dichas ondas de radio de alta frecuencia son debilitadas o atenuadas por la humedad de la atmósfera, reflejada por edificios y superficies lisas tales como agua y pueden ser bloqueadas completamente por obstáculos geográficos grandes como montañas y colinas. Cuando su teléfono celular está en movimiento, la intensidad de la señal recibida puede disminuir lo suficiente en algunos casos como para causar interrupciones breves de la señal recibida. Casos más severos pueden impedir que su señal transmitida llegue a la estación de celda. Observará éstas pérdidas de señal como pausas repentinas en la recepción. Podría haber sido una o dos pausas breves, o una serie de pausas de duración variables, dependiendo de la severidad de la circunstancia. Otra causa común de la pérdida de la señal ocurre cuando uno se aproxima a le región fronteriza de un área de servicio en la que no halla otras estaciones que acepten la transferencia de su conversación. Experimentará un debilitamiento gradual de la señal hasta que comiencen pérdidas breves de la señal. Las pérdidas de señal rápidamente empeorarán hasta que quede completamente desconectado. Los controles de la estación de celdas generalmente están diseñados para pasar por alto pérdidas menores de señal sin interrumpir su conversación. Sin embargo, perdidas de señal continuas o prolongadas pueden hacer que la estación de celda lo desconecte. Con el tiempo sabrá dónde se localizan las áreas de cobertura débil en la región.

13 Zonas Muertas: En principio, las zonas muertas ocurren por las mismas razones generales que las pérdidas de señal, aunque el área de cobertura débil se presenta a escala mucho mayor. La pérdida de las señales recibidas puede ser tanto tiempo que la estación de celdas interpreta la pérdida de señal como haber colgado. La estación de celda responde dejando libre el canal perdido, resignando los canales según lo necesiten otras llamadas. Áreas con colinas, montañosas o urbes densas, a menudo experimentan zonas muertas. Las señales son absorbidas o reflejadas; evitando que las ondas de radio se propaguen hasta el área deseada. Algunas veces una zona muerta puede eliminarse cambiando la localización de la estación de celda dividiendo la celda para añadir estaciones adicionales que cubran adecuadamente el área afectada

14 Problemas de Baterías Los teléfonos celulares son alimentados por paquetes de baterías recargables de NiCad (Níquel/Cadmio). Aunque las baterías de Nicad son un método conveniente y efectivo para alimentar el teléfono, tienen varias desventajas a saber. En primer lugar, las baterías de NiCad tienen una densidad de energía algo menor a las baterías no recargables. Puesto que su densidad de energía es relativamente baja, las baterías de esta clase no son muy adecuadas para proporcionar energía a cargas grandes, o a cargas aplicadas por períodos prolongados (sin ser recargadas). De hecho, las celdas de NiCad terminan descargándose por completo por el sólo hecho de dejarlas guardadas a menos que reciban una carga lenta o reserva constante. Aunque los materiales y la construcción de las baterías de NiCad se han perfeccionado y se cuenta con circuitos integrados refinados que han disminuido el consumo total de energía de las celdas de NiCad, no debe esperar más de unas cuantas horas de servicio de un paquete de baterías de NiCad antes que requieran un recargado. Afortunadamente, pocas llamadas duran tanto tiempo y es conveniente mantener al teléfono celular en una estación de carga cuando no se usa. Las baterías de NiCad también pueden presentar problemas cuando se descarguen regularmente hasta los mismos niveles y luego se recarguen. Esto puede suceder, por ejemplo, su invierte un promedio de 30 minutos de llamadas varias veces en un día, dejando que el teléfono se recargue entre llamadas. Este modo de operación de descarga parcial puede provocar que las baterías generen memoria, es decir, que las baterías tiendan a funcionar de manera correcta sólo hasta el punto en el que normalmente se descargan. Si las baterías se usan más allá de este punto, no tendrían la cantidad de energía requerida (o esperada) para alimentar el circuito. Teniendo en cuenta que toma mucho tiempo para que las baterías de NiCad presenten este tipo de problema (no ocurre de un día para el otro). Algunas veces la memoria puede contrarrestarse haciendo pasar la batería por varios ciclos de descarga/recarga completa. Esto puede lograrse simplemente si no se pone el teléfono en su estación de carga durante uno o dos día de uso normal y luego dejando que se recargue completamente. Finalmente, las celdas de NiCad pueden dejar de funcionar simplemente por desgaste normal. La carga y descarga constante pueden originar tensiones físicas en la batería que con el tiempo pueden hacer que deje de servir y sea incapaz de mentaren una carga apreciable. Cuando ocurre esto, el paquete de baterías debe reemplazarse. Actualmente se han desarrollado nuevas batería como las de níquel/metal que poseen muchas mejoras con respecto a las anteriormente mencionadas; mayor capacidad y ausencia de "memoria" son algunas de ellas. El desarrollo de baterías para el uso de celulares sigue en marcha y la comercialización de las nuevas: litio/ion es una muestra de ello.

15 Intimidad. Es importante tener en cuenta que el teléfono celular, es en gran medida, un radiotransceptor. El enlace entre su teléfono celular y la estación de celda más cercana esta compuesto por ondas electromagnéticas públicas. En consecuencia, cualquier persona con un receptor sintonizado ya sea a su canal de frecuencia de transmisión o recepción podrá oír por lo menos la mitad de la conversación que ocupa ese canal. La transmisión y recepción se realizan a dos frecuencias diferentes y, por consiguiente, un oyente secreto no puede escuchar ambas partes de una conversación simultáneamente. Este es un gran problema para personas preocupadas por su intimidad. Sin embargo, ni siquiera el receptor más refinado puede recibir señales más allá de la capacidad de su teléfono para transmitir. Los teléfonos celulares típicamente tienen un alcance de varios kilómetros, por lo que un oyente secreto tendría que estar cerca para poder oirlo con claridad. Además, cuando un teléfono celular está en movimiento, hay un cambio de canales de conversación cuando se realiza la transferencia entre celdas. Un oyente secreto tendría que seguirlo y poder buscar entre los 666 canales el correspondiente a la conversación, lo que representa un procedimiento prácticamente imposible incluso para los profesionales expertos en radio. Para evitar la remota posibilidad de ser escuchados secretamente por medio electrónicos, una nueva generación de accesorios de teléfonos celulares emplea procesamiento digital de señales y técnicas de compresión para codificar la voz transmitida y decodificar la voz recibida en el teléfono destino. La persona que llama del otro extremo de la conversación, también debe tener un acceso similar con el mismo patrón de seguridad. Cualquier señal de voz transmitida por ondas electromagnéticas públicas estaría codificada y sería ininteligible para cualquier persona que pudiera estar escuchando sin un decodificador codificado correctamente

16 El teléfono celular. La figura ilustra el diagrama en bloques de un teléfono celular típico. Debido a que un teléfono celular debe poder transmitir full-duplex, se diseña de tal manera que el transmisor y el receptor puedan operar simultáneamente. El receptor opera de manera similar a un radio FM comercial, con la diferencia de que la primera frecuencia intermedia (FI) se ubica en 45 MHz. La segunda frecuencia intermedia se escoge igual a 455 KHz, como lo es usual en recepción de FM y AM. En cuando a la transmisión de FM, el método escogido para modular es el de modulación directa por control de un VCO con multiplicación de frecuencia para aumentar tanto la frecuencia de portadora como el índice de modulación. La desviación de frecuencia utilizada es de 12 KHz y la banda de frecuencias de voz transmitida comprende el rango de 300 Hz a 3K Hz anteriormente nombrada. El sistema de antena y diplexor permiten la transmisión y recepción simultánea de señales. Las frecuencias necesarias para la modulación y la demodulación son generadas digitalmente a partir de sintetizadores de frecuencias. El microprocesador aporta la inteligencia y el control del aparato, supervisando todas las tareas a bordo del dispositivo, incluido el control de potencia radiada para preservar la carga de la batería. El procesador, además, se encarga del manejo de pantalla y del teclado. Muchas de las funciones descritas en el digrama de bloques están disponibles en forma de chipsets que se fabrican para trabajar armónicamente con el fin de reducir el número de componentes necesarios para la impelementación del mismo

17 Características más relevantes de un sistema inalámbrico:Cobertura: La cobertura del sistema se refiere a las zonas geográficas en las que se va a prestar el servicio. La tecnología más apropiada es aquella que permita una máxima cobertura con un mínimo de estaciones base, manteniendo los parámetros de calidad exigidos por las necesidades de los usuarios. La tendencia en cuanto a cobertura de la red es permitir al usuario acceso a los servicios en cualquier lugar, ya sea local, regional, nacional e incluso mundial, lo que exige acuerdos de interconexión entre diferentes operadoras para extender el servicio a otras áreas de influencia diferentes a las áreas donde cada red ha sido diseñada.

18 Capacidad. Se refiere a la cantidad de usuarios que se pueden atender simultáneamente. Es un factor de elevada relevancia, pues del adecuado dimensionamiento de la capacidad del sistema, según demanda de servicio, depende la calidad del servicio que se preste al usuario. Esta capacidad se puede incrementar mediante el uso de técnicas tales como la reutilización de frecuencias, la asignación adaptativa de canal, el control de potencia, saltos de frecuencia, algoritmos de codificación, diversidad de antenas en la estación móvil, etc.

19 Manejo del Handoff (manos libres)El handoff es el proceso de pasar una llamada de un canal de voz en una celda a un nuevo canal en otra celda o en la misma, a medida que el usuario se mueve a través de la red. El manejo de estas transiciones es un factor vital para garantizar la continuidad de las comunicaciones tanto de voz como de imágenes y datos, caso en el que es muy crítica la pérdida de información.

20 Movilidad En la nueva generación de sistemas de telefonía celular digital, se involucra tanto la movilidad personal como la movilidad del terminal. La movilidad personal se refiere a la posibilidad de que el usuario tenga acceso a los servicios en cualquier terminal (alámbrico o inalámbrico) sobre la base de un número único personal y a la capacidad de la red para proveer esos servicios de acuerdo con el perfil de servicio del usuario. Por otro lado, la movilidad del terminal es la capacidad de un terminal inalámbrico de tener acceso a servicios de telecomunicaciones desde diferentes sitios mientras está en movimiento, y también la capacidad de la red para identificar, localizar y seguir ese terminal.

21 Calidad. Uno de los parámetros a tener en cuenta para establecer las diferencias entre un sistema u otro, se refiere a la medida de calidad del servicio prestado. Las consideraciones que un usuario debe tener en cuenta a la hora de suscribirse a un servicio de telefonía móvil tienen que ver con el precio y las características de operación del dispositivo portátil, la disponibilidad de una variedad de servicios, la duración de la batería, la cobertura geográfica y la posibilidad de disfrutar el servicio en áreas diferentes a la que está inscrito, así como una confiable calidad de transmisión de voz y datos. Por otra parte, la calidad es un factor de especial atención desde el punto de vista de los operadores, pues es conveniente lograr la rentabilidad de sus negocios paralelamente a la satisfacción de sus clientes, al dimensionar óptimamente las redes con la adecuada relación costo/beneficio, reducir los costos de operación y mantenimiento, utilizar eficientemente el espectro radioeléctrico, y disponer de mecanismos que permitan mejorar la operación del sistema de acuerdo con los nuevos avances tecnológicos que surjan

22 Transmisores de microondasLos transmisores y receptores de microondas, especialmente satélites, se usan para transmitir se?ales a grandes distancias a través de la atmósfera. En EE.UU las principales bandas de microondas autorizadas para telecomunicaciones fijas están en el rango de frecuencias de dos a 40 GHz. Las licencias están concedidas para subrangos inferiores, por ejemplo el Gobierno Federal tiene una en el rango de a 8.40 GHz, mientras que el rango de a está adjudicado a un usuario privado. A continuación se muestra un esquema del espectro electromagnético completo:

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24 La siguiente figura muestra el proceso de transmisión que sufren las microondas en la atmósfera,

25 Transmisores infrarrojos y láserSon análogos a los de microondas. También usan la atmósfera como medio, sin embargo sólo son válidos para distancias cortas, ya que la humedad, niebla, obstáculos y otros fenómenos ambientales pueden causar problemas de transmisión.

26 Conectividad en distancias cortasLas redes de área personal (WPAN) como tecnología de tercera generación, significan un impulso al proceso de convergencia entre las industrias informática y de comunicaciones. Desde el momento en que los teléfonos móviles se empiecen a utilizar masivamente como ordenadores se producirá una reestructuración del mercado. Los sectores de GPS, telefonía móvil, ordenadores y en general procesadores, dejarán de ser independientes. Estas redes trabajan en una banda de frecuencias de microondas, que no necesita licencia, 2.4 GHz.

27 BLUETOOTH La tecnología Bluetooth se elabora en un chip que se integra en los diferentes equipos que conforman el entorno inalámbrico actual, como ordenadores portátiles, periféricos (ratón, impresoras...), PDA (Personal Digital Assistants) o teléfonos móviles, así como el futuro, en el que se contemplan, además de estos equipos clásicos del ámbito de la comunicación y 1a informática, otros del ámbito de la domótica. Se tiene así lo que se conoce como productos Bluetooth o Bluetooh enabled. El punto clave del chip es el transceptor, que ha de ser de muy peque?o tama?o (para no aumentar el tama?o del chip y poder integrarlo con facilidad en los productos) y de muy baja potencia. Otra parte del chip es el circuito integrado de radiofrecuencia. Este circuito integrado tiene capacidad de autorregulación, lo que confiere un factor de ahorro de potencia, característica que es consustancial a las tecnologías inalámbricas en distancias cortas. En concreto, en el chip Bluetooth el consumo es menor del 3% de la potencia que consume un teléfono móvil. El mecanismo de autorregulación funciona de la siguiente forma: cuando se detecta un receptor a una distancia corta el transmisor del circuito integrado es capaz de alterar la potencia de su propia señal para adaptarla al nivel adecuado; cuando se interrumpe la transmisión o disminuye el tráfico el sistema pasa a un estado de baja potencia. En este estado la verificación de conexión se realiza mediante una serie de señales cortas, es decir, se detectan, de forma periódica, los mensajes de búsqueda.

28 En España se estableció el teléfono en el año 1877 en Barcelona, traídos desde Cuba, ya que se importaban directamente de EE.UU.. En 1884 el estado se hace cargo del monopolio, en 1924 se creó la Compañía Telefónica Nacional de España, actualmente denominada Telefónica de España.

29 En las primeras centrales telefónicas las conexiones entre usuarios se realizaban directamente por los operarios de la central, lo cual era muy limitado, pues en cuanto crecía el número de abonados el número de conexiones era inmanejable. En 1889 Almon B. Strowger, un enterrador de la ciudad de Kansas, al creer que las llamadas eran desviadas a la competencia, por parte de los operadores, inventó un sistema automático para la selección del destinatario. Este principio se ha utilizado muchos a?os, hasta la aparición de las centrales electrónicas.

30 SISTEMA IBERCOM Como ejemplo de un servicio avanzado de comunicaciones se puede citar el sistema Ibercom de Telefónica de España. Es un sistema de transmisión de voz y datos dirigido al sector institucional y empresarial, soportado por tecnología enteramente digital. Permite a los usuarios disponer de su propia red dentro del sistema Ibercom, haciendo uso exclusivo de ciertos elementos de transmisión y conmutación, creándose una red privada virtual (RPV). La infraestructura básica de Ibercom está compuesta por dos partes, una es la de acceso cuya función es la de proporcionar las líneas de voz y datos a sus usuarios, denominada Red de Acceso Ibercom (RAI), pudiendo estar compuesta de varios Módulos de Red de Accesos Ibercom (MRAI) distribuidos, a los que se conectan todos los terminales correspondientes a los servicios de telecomunicación con los que se desee dotar cada dependencia, y otra, la de interconexión, que está incorporada en la porción de tránsito en las redes públicas, y a la cual se accede a través de un Centro Frontal (CF), que realiza el tránsito entre las RAI a él conectadas. La central telefónica del organismo que tenga este servicio, es una Ericson MD110, que consta básicamente de unos módulos denominados Módulos de Interface de Línea (LIM) controlados por un microprocesador equipado con todos los elementos necesarios para el tratamiento de las llamadas pudiéndose conectar directamente dos de ellos o a través del Selector de Grupo (GS) en caso de sistemas mayores. Cada LIM puede funcionar como un sistema autónomo o como integrante de otro mayor, realizando la conmutación a un ritmo de 64.5 Mbps, y albergando unas 250 extensiones de voz y datos. La conexión entre los RAI y el CF se realiza mediante uno o más enlaces MIC, a 2 Mbps, con cables trenzados, coaxiales, fibra óptica o radioenlaces. Los servicios ofrecidos por Ibercom son: Plan privado de numeración (Abreviado) Rutas privadas Marcación directa entrante Función de operadora Gestión de red Tarificación especial Servicios de voz (Analógica y Digital) Servicio de datos Servicios de valor a?adido Aplicaciones especiales Actualmente hay cerca del millón de líneas Ibercom instaladas

31 Telefonía móvil o celular A) IntroducciónEn la evolución de las redes de telecomunicación, una estrategia actual es dotar a los usuarios de movilidad, de forma que puedan establecer una comunicación desde cualquier lugar. Ello es posible mediante el empleo de la radio para establecer el enlace entre los elementos a comunicarse. Como ejemplos usuales se pueden consider los sistemas GSM y DECT. Seguidamente se describe el concepto "celular" por ser la base de la mayoría de los sistemas de telefonía vía radio. Los sistemas celulares fueron creados por los laboratorios Bell (AT&T) hace unos cincuenta años. Un sistema celular se forma al dividir el territorio al que se pretende dar servicio, en áreas pequeñas o celdas (normalmente hexagonales), de menor o mayor tamaño, cada una de las cuales está atendida por una estación de radio. A su vez las células se agrupan en "clusters" o racimos, de forma que el espectro de frecuencias se pueda utilizar en cada célula nueva, teniendo cuidado de evitar las interferencias. Las estructuras que permiten, de forma ininterrumpida, la cobertura de una zona determinada son configuraciones a modo de panal de abejas basadas en 4, 7, 12 o 21 células. El número total de canales por célula se obtiene por la fórmula siguiente, N=(N´ total de canales)/(Claustro (4, 7, 12, 21). Al ser menor el tamaño de las células mayor será el número de canales que soporte el sistema.

32 La siguiente tabla muestra la primera generación de sistemas celulares analógicosPaís Nº Canales Espaciado (kHz) AMPS EE.UU. 832 30 C-450 Alemania 573 10 ETACS Reino Unido 1240 25 JTACS Japón 800 12.5 NMT-900 Escandinavia 1999 NMT-450 180 NTT 2400 6.25 Radiocom-2000 Francia 560 RTMS Italia 200 TACS 1000 125 Respecto a los sistemas digitales, los más difundidos son: GSM y DCS-1800, en Europa, IS-54 e IS-95 en EE.UU. y PDC en Japón

33 B) Sistema NMT Las primeras generaciones de este tipo de comunicaciones eran sistemas analógicos, tales como NMT, TACS, AMPS, etc., con una amplia difusión. Actualmente han surgido sistemas digitales, como el GSM en Europa, el DAMPS en EE.UU. y JDC y PHP en Japón. En España la telefonía móvil automática o TMA apareció en el a?o 1982 en la modalidad de 450 MHz, tomando como referencia el modelo nórdico NMT. Debido al éxito del mismo y a la saturación del espectro, Telefónica implantó la modalidad de 900 MHz. El sistema NMT (Nordic Mobile Telephony) surgió en los países escandinavos en 1981, es ideal para cubrir la mayor extensión de terreno con la menor inversión. La versión NMT 900 permite un mayor número de canales.

34 C) Sistema TACS El sistema TACS 900 adaptado en Inglaterra el año 1985, deriva del sistema analógico AMPS americano desarrollado por los laboratorios Bell y comercializado en EE.UU en Con este sistema se obtiene una mejor calidad del servicio, al mismo tiempo que mejora la relación señal/ruido por tener una mayor anchura de canal. Además precisa de equipos más pequeños y baratos. El sistema TACS (Total Access Communications System) 900 conocido como TMA 900, es del mismo tipo que el anterior, analógico multiplexado en frecuencia, pero diferente por utilizar una tecnología mucho más avanzada y barata, dando mejor calidad de audio, así como una mejor conmutación al pasar de una a otra célula, ya que la señalización se realiza fuera de banda, al contrario que NMT, que lo hace dentro de ella, resultando casi imperceptible el ruido para el usuario, sin embargo sus estaciones base cubren un rango menor. Emplea la banda de frecuencia de los 900 MHz y cada MHz se divide en 40 semicanales de 25 kHz, por lo que resulta extremadamente útil, por su gran disponibilidad de canales, para cubrir áreas urbanas. Dispone de 1320 canales duplex, de los que 21 se dedican exclusivamente a control (señal digital) y el resto para voz (señal analógica)

35 D) Sistema GSM El GSM (Groupe Spécial Mobile), surge del intento europeo de unificar los 10 sistemas diferentes existentes, en uno solo, el CEPT (año 1982). La principal ventaja de este sistema es que permite realizar o recibir llamadas en cualquier país europeo, aún estando en tránsito por ellos, el teléfono se registra automáticamente en la siguiente red GSM al cambiar de un país a otro, quedando disponible para su utilización. Al ser criptografiadas todas las conversaciones, da una gran ventaja, la mayor seguridad frente a escuchas. Otras ventajas son su menor consumo de energía, las células más pequeñas y la utilización del espectro de forma más eficiente. A continuación se muestra un mapa de cobertura de Vodafone La existencia de competencia por parte de otras operadoras, Vodafone, y Amena ha dado lugar a que las tarifas de MoviStar sean más ventajosas que las de la telefonía móvil analógica, donde sólo opera Moviline.

36 E) Otras tecnologías Próximamente va a aparecer comercialmente una nueva tecnología universal, UMTS. En España se han adjudicado cuatro licencias a las operadoras Vodafone, Amena, Telefónica Móviles y Xfera, estando prevista su entrada en funcionamiento a lo largo del año El siguiente enlace es al Libro Blanco sobre UMTS A la red actual GSM se le están añadiendo nuevas funcionalidades, antes de la implantación completa de UMTS. Nuevas tecnologías como HSCSD, GPRS y EDGE

37 HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) se basa en circuitos conmutados de alta velocidad, proporciona una velocidad de 58 kbit/s. Permite acceder a varios servicios simultáneamente. Es parecida a la actual RDSI.

38 GPRS (General Packet Radio Service) puede llegar a velocidades de 115 kbit/s. Al contrario que HSCSD que para su implantación requiere únicamente de actualización software, GPRS necesita de un hardware específico para el enrutamiento a través de una red de datos.

39 EDGE (Enhaced Data rates for GSM Evolution) nos acerca a las capacidades que otorga 3G en la comunicación. En combinación con GPRS puede alcanzar velocidades de 384 kbit/s

40 GPS Básico Se basa en 24 satélites en órbita a más de km de altura. Estos actúan como puntos de referencia a partir de los cuales "triangulan" su posición unos receptores en la Tierra. En cierto sentido es como una versión en alta tecnología de la vieja técnica, consistente en tomar marcaciones mediante una brújula desde las cumbres de los montes cercanos para situar un punto en el mapa. Los satélites actúan como puntos de referencia al ser supervisadas sus órbitas con gran precisión desde estaciones terrestres. Mediante

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42 GPS en tres pasos básicosPaso 1 Los satélites son puntos de referencia. Sus posiciones en el espacio se conocen con toda precisión, constituyendo la base de todos los cálculos GPS. Paso 2 El tiempo de viaje de la señal da la distancia. Mediante una serie de mensajes codificados, un receptor en tierra determina el momento en que la marca de tiempo partió del satélite, así como el momento de llegada a su antena. La diferencia es el tiempo de viaje de cada señal. La distancia es el producto del tiempo por la velocidad de la luz. En este proceso es donde hay errores. Paso 3 Tres distancias fijan la posición. Se supone un receptor a km de un satélite. Esta medición restringe el lugar del universo en que puede encontrarse el receptor. Indica que ha de estar en algún lugar de una superficie esférica imaginaria, centrada en ese satélite y con un radio de km. Si por ejemplo el receptor se encuentra a km de un segundo satélite, eso restringe aún más el lugar, a la intersección entre dos esferas, que es una circunferencia.

43 GPS diferencial (DGPS)Es una forma de hacer más preciso al GPS. El DGPS proporciona mediciones precisas hasta un par de metros en aplicaciones móviles, e incluso mejores en sistemas estacionarios. Esto implica el que sea un sistema universal de medición, capaz de posicionar cosas en una escala muy precisa. El DGPS opera mediante la cancelación de la mayoría de los errores naturales y causados por el hombre, que se infiltran en las mediciones normales con el GPS. Las imprecisiones provienen de diversas fuentes, como los relojes de los satélites, órbitas imperfectas y, especialmente, del viaje de la señal a través de la atmósfera terrestre. Dado que son variables es difícil predecir cuales actúan en cada momento. Lo que se necesita es una forma de corregir los errores reales conforme se producen.

44 ¿Por qué se necesita el DGPS?Si el mundo fuera como un laboratorio, el GPS sería mucho más preciso. Dado que el mundo parece una jungla, hay multitud de oportunidades para que resulte perturbado un sistema basado en la radio. A continuación se describen los errores a los que hay que enfrentarse:

45 Errores de los satélitesLos satélites llevan relojes atómicos muy precisos, pero no perfectos. La posición de los satélites en el espacio es también importante, estos se ubican en órbitas altas, por lo que están relativamente libres de los efectos perturbadores de la capa superior de la atmósfera terrestre, pero aún así se desvían ligeramente de las órbitas predichas.

46 La atmósfera La información se transmite por se?ales de radio y esto constituye otra fuente de error. La física puede llevarnos a creer que las señales de radio viajan a la velocidad de la luz, que es constante, pero eso sólo es en el vacío. Las ondas de radio disminuyen su velocidad en función del medio en que se propagan. Así pues, conforme una señal GPS pasa a través de las partículas cargadas de la ionosfera y luego a través del vapor de agua de la troposfera, se retrasa un poco, lo cual implica un valor erróneo de la distancia del satélite.

47 Error multisenda Cuando la señal GPS llega a la Tierra se puede reflejar en obstrucciones locales antes de llegar al receptor. La señal llega la antena por múltiples sendas, primero la antena recibe la señal directa y algo más tarde llegan las desplazadas, produciendo ruido. Un ejemplo es en el caso de la TV cuando se ven imágenes múltiples solapadas.

48 Error del receptor Los receptores tampoco son perfectos y pueden introducir sus propios errores, que surgen de sus relojes o de ruido interno.

49 Disponibilidad selectivaMucho peor que las fuentes naturales de error es el que aporta intencionadamente el Departamento de Defensa de EE.UU.. Su finalidad es asegurarse de que ninguna fuerza hostil utiliza la posición de GPS contra los EE.UU. Se introduce ruido en los relojes de los satélites, lo cual reduce su precisión, aunque también pueden dar datos orbitales erróneos. Los receptores militares disponen de una llave física que desencripta los errores introducidos para así eliminarlos. De esta forma se pueden llegar a precisiones de 15 m. El DGPS obtiene mejores precisiones que las conseguidas con las codificadas para usos militares. DGPS también proporciona una forma de verificar la fiabilidad de las mediciones momento a momento.

50 Precisión de posición GPS DGPSMagnitud típica de los errores (en m) Precisión por satélite GPS DGPS Relojes de satélites 1.5 Errores de órbitas 2.5 Ionosfera 5 0.4 Troposfera 0.5 0.2 Ruido receptor .3 Multisenda .6 Dep. Defensa 30 Precisión de posición GPS DGPS Horizontal 50 1.3 Vertical 78 2 3D 93 2.8

51 ¿Cómo funciona el DGPS? El GPS es "autónomo", esto es, que un receptor puede desplazarse a cualquier sitio y realizar mediciones por sí mismo, empleando como referencia los satélites GPS. Mientras que el DGPS implica otro receptor añadido, uno que se desplaza y otro estacionario. Previamente se han comentado las diversas fuentes de error. A su vez las distancias entre los dos receptores son muy pequeñas comparadas con las distancias a las que se encuentran los satélites, esto quiere decir que recorrerán la atmósfera con retrasos análogos, de forma que una de las estaciones puede dedicarse a medir esos errores y facilitárselo a la otra.

52 Aplicaciones de DGPS Servicio de guardacostas El Servicio de Guardacostas de EE.UU. es el responsable de proporcionar todas las ayudas de navegación. El huracán BOB que azotó la costa este de EE.UU. en 1991 destrozó o desplazó un gran número de boyas. La situación era peligrosa, pues los barcos iban a puerto confiados en unas boyas que ya no existían o estaban cambiadas de sitio. El Servicio de Guardacostas equipó uno de sus barcos de mantenimiento de boyas con un receptor DGPS y reposicionaron las boyas de nuevo, en tan solo unos días.

53 Aviación Algunos experimentos realizados por la NASA y por las FAA de EE.UU. contribuyeron al aterrizaje de helicópteros y aviones de pasajeros mediante DGPS como único sistema guía, sin las radiobalizas tradicionales. En la actualidad los sistemas de aterrizaje con poca visibilidad son tan caros que sólo están disponibles en los mayores aeropuertos. El DGPS es tan barato que lo puede instalar cualquier aeropuerto. La mejora de seguridad de vuelo es tremenda. Como referencia se puede citar Canadá, donde el sistema GPS ha sustituido al habitual, comnocido como Omega.

54 Gestión de los recursos naturalesLa gestión del uso y protección de los bosques es una gran tarea. Su estudio topográfico es difícil, sin embargo hay que medir constantemente parcelas de árboles, ya sea por asunto de su conservación o por ventas a empresas madereras. El Servicio Forestal de EE.UU. ha sido uno de los pioneros del DGPS. Hacen medidas con GPS desde helicópteros. Otras aplicaciones son: topografía de galerías de minas, de superficies de pantanos y de zonas para pesca. Otro caso es el control de incendios en los bosques.

55 Exploración costera Las empresas petrolíferas gastan enormes cantidades de dinero en la exploración del fondo de los océanos en busca de lugares idóneos para perforar. El problema, es que una vez el barco encuentra un lugar de perforación, su tripulación necesita llevar a ese punto los dispositivos de perforación, lo cual no es fácil llegar al mismo sitio, al no haber posibilidad de poner marcas de referencia, y apartarse unos metros significa muchos millones de gasto de más. Para solucionar este problema usan el GPS. Otra utilidad es para mbarzanaantener a los barcos en las rutas exactas. También se usan para el levantamiento topográfico de los puertos.

56 Gestión transporte y flotasCon este sistema el controlador de una flota puede llevar la cuenta de cada vehículo, el resultado es una más estricta adhesión al horario y una mejor supervisión. A las empresas de transporte, flotas de servicios y servicios de seguridad pública les gusta saber la posición de sus vehículos incluso al extremo de conocer el nombre de la calle. La solución es DGPS. También se usa en los ferrocarriles

57 Agricultura El GPS está abriendo una nueva era de "agricultura de precisión". Un agricultor puede analizar las condiciones del suelo en cada parcela, y compilar un mapa de las demandas de fertilizante. Este mapa se digitaliza y se registra en ordenador. La máquina que adiciona los productos químicos al terreno, va con un GPS y su posición se correlaciona con los datos previamente digitalizados, a?adiendo en cada punto la cantidad exacta de fertilizante. Se beneficia el agricultor con menos gasto y el medio ambiente evitando un exceso de productos químicos. También se puede aplicar a la fumigación aérea.

58 Transporte marítimo En EE.UU. es obligatorio que los barcos petroleros lleven GPS por motivos de seguridad. Otras aplicaciones costeras son: la verificación de vaciados en barcazas, hasta la determinación de las zonas de pesca legal.

59 Seguridad pública Para los servicios de bomberos y policía el tiempo de respuesta es muy importante. Con DGPS se pueden guiar los vehículos con gran precisión. Los planos de rutas centralizadas ofrecen a los controladores un mejor conocimiento de la forma en que están desplegados sus efectivos.

60 Gracias por no dormirse