COMUNICACIONES DIGITALES GSM. Melczarsky, Martín Rabinovich, Pablo

Transcripción

1 COMUNICACIONES DIGITALES Melczarsky, Martín Rabinovich, Pablo

2 Desde el principio de los 80, después de que el NMT ("Nordic Mobile Telephone"), sistema de telefonía móvil analógico de cobertura escandinava, funcionara con éxito, fue obvio para varios países europeos que los sistemas analógicos existentes, tenían limitaciones. Primero, la potencial demanda de servicios móviles fue mayor de la capacidad esperada de las existentes redes analógicas. Segundo, las diferentes formas de operación no ofrecían compatibilidad para los usuarios de móviles: un terminal TACS (servicio de telefonía móvil analógico puesto en funcionamiento en el Reino Unido en 1985) no podía acceder dentro de una red NMT, y viceversa. Además, el diseño de un nuevo sistema de telefonía celular requiere tal cantidad de investigación que ningún país europeo podía afrontarlo de forma individual. Todas estas circunstancias apuntaron hacia el diseño de un nuevo sistema, hecho en común entre varios países. El principal requisito previo para un sistema de radio común, es el ancho de banda de radio. Esta condición había sido ya prevista unos pocos años antes, en 1978, cuando se decidió reservar la banda de frecuencia de 900 ± 25 MHz para comunicaciones móviles en Europa. Este problema fue el mayor obstáculo solucionado. Quedaba organizar el trabajo. El mundo de la telecomunicación en Europa, siempre había estado regido por la estandarización. El CEPT ("Conférence Européene des Postes et Télécommunications") es una organización para la estandarización presente en más de 20 países europeos. Todos estos factores, llevaron a la creación en 1982 de un nuevo cuerpo de estandarización dentro del CEPT, cuya tarea era especificar un único sistema de radiocomunicaciones para Europa a 900 MHz. El recién Nacido "Groupe Spécial Mobile" () tuvo su primer encuentro en Diciembre de 1982 en Estocolmo, bajo la presidencia de Thomas Haug de la administración sueca. Treinta y una personas de once países estuvieron presentes en este primer encuentro. En 1990, por requerimiento del Reino Unido, se añadió al grupo de estandarización la especificación de una versión de a la banda de frecuencia de 1800 ± 75 MHz. A esta variante se le llamó DCS1800 ("Digital Cellular System 1800"). El significado actual de las siglas se ha cambiado y en la actualidad se hacen corresponder con "Global System for Mobile communications". ELECCIONES TÉCNICAS Algunos de los propósitos del sistema estaban claros desde el principio: uno de ellos era que el sistema debía permitir la libre circulación de los abonados en Europa ("roaming"). Prácticamente hablando, esto significa que un abonado de una determinada red nacional pueda acceder a todos los servicios cuando viaja entre varios países. La propia estación móvil debe permitir al usuario el llamar o ser llamado donde quiera que se encuentre dentro del área internacional de cobertura. Estaba claro también que la capacidad ofrecida por el sistema debería ser mejor que las existentes redes analógicas. En 1982, los requerimientos básicos para, estaban establecidos. Éstos fueros revisados ligeramente en 1985, quedando establecidos principalmente como siguen: Servicios: - El sistema será diseñado de forma que las estaciones móviles se puedan usar en todos los países participantes. - El sistema debe permitir una máxima flexibilidad para otros tipos de servicios, p. ej. los servicios relacionados con la RDSI (Red Digital de Servicios Integrados. - Los servicios ofrecidos en las redes PSTN ("Public Switching Telephone Network") e ISDN ("Integrated Services Digital Networw"), así como otras redes públicas deben ser posibles, en la medida de las posibilidades, en el sistema móvil. 1

3 - Debe ser posible la utilización de las estaciones móviles pertenecientes al sistema a bordo de barcos, como extensión del servicio móvil terrestre. Se debe prohibir el uso aeronáutico de las estaciones móviles. - En lo referente a las estaciones, a parte de las montadas en vehículos, el sistema debe ser capaz de suministrar estaciones de mano así como otras categorías de estaciones móviles. Calidad de los servicios y seguridad: - Desde el punto de vista del abonado, la calidad de voz telefónica en el sistema debe ser al menos tan buena como la que tenía la primera generación de sistemas analógicos a 900 MHz. - El sistema debe ser capaz de ofrecer encriptación de la información del usuario pero debe permitir la posibilidad de que esto no influya en el coste de aquellos abonados que no requieran este servicio. Utilización de la radio frecuencia: - El sistema permitirá un gran nivel de eficiencia espectral así como la posibilidad de servicios para el abonado a un coste razonable, teniendo en cuenta tanto las áreas urbanas como rurales y el desarrollo de nuevos servicios. - El sistema permitirá la operación en el rango de frecuencias comprendido entre los MHz y entre los MHz. - El nuevo sistema de 900 MHz para comunicaciones móviles del CEPT, debe coexistir con los anteriores sistemas en la misma banda de frecuencias. Aspectos de Red: - El plan de identificación debe estar basado en la recomendación correspondiente del CCITT (Comité Consultivo Internacional de Telecomunicaciones). - La numeración del plan estará basada en la recomendación correspondiente del CCITT. - El diseño del sistema debe permitir diferentes estructuras de carga y velocidades para su utilización en diferentes redes. - Para la interconexión de los centros de conmutación y los registros de localización, se usará un sistema de señalización internacionalmente estandarizado. - No se debe requerir ninguna modificación significativa de las redes públicas fijas. - El sistema debe habilitar la implementación de la cobertura común de las redes públicas móviles terrestres ("Public Land Mobile Network" ó PLMN). - La protección de la información y el control de la información de la red debe ser proporcionada por el sistema. Aspectos de costes: - Los parámetros del sistema deben ser escogidos teniendo en cuenta un coste límite del sistema completo, principalmente el de las unidades móviles. Desde 1984 hasta 1986, el se encargó de comparar las diferentes posibilidades técnicas para la transmisión (digital o analógica), en particular en sus respectivas eficiencias espectrales (cuál aprovechaba mejor el espectro de frecuencias). Los resultados de las comparaciones se publicaron a comienzos de Hubo grandes discusiones sobre el modelo que iba a ser escogido, debido a que podía afectar al prestigio de la empresa que lo propuso. Sólo se decidieron las características del método de transmisión. Éstas fueron las siguientes: 2

4 Tamaño medio de la banda de transmisión (200 KHz de separación de portadoras), en comparación con los sistemas de banda estrecha (12,5 ó 25 KHz que existían en los sistemas analógicos) o con los sistemas de banda ancha (uno de los candidatos propuso una separación de portadoras de 6 MHz); Transmisión digital de voz a una velocidad no superior a 16 kbps; Multiplexación en el tiempo de orden 8, con una evolución en el futuro hacia la multiplexación de orden 16 cuando se defina un codificador de voz a la mitad de velocidad; "Hopping" de frecuencias lento. El "hopping", consiste en cambiar la frecuencia usada por un canal a intervalos regulares de tiempo. En la frecuencia de transmisión permanece constante durante la transmisión de una trama completa. Esta técnica procede de los sistemas de transmisión militares, y se decidió incluirla en las principales características de la transmisión de radio de, además de utilizarla por motivos de seguridad, también para conseguir una mayor diversidad de frecuencias, y para paliar los efectos de los desvanecimientos de tipo Rayleigh. SISTEMAS CELULARES El concepto de sistema celular fue un gran avance en la resolución del problema de la congestión espectral y de la capacidad del usuario. Éste ofrecía una gran capacidad en una localización limitada del espectro sin grandes cambios tecnológicos. La idea de un sistema celular consiste en un sistema basado en varios niveles de celdas: un transmisor de gran potencia (celda grande) con muchos transmisores de baja potencia (celdas pequeñas), cada una proporcionando cobertura a sólo una pequeña porción del área de servicio. A cada estación base se le asigna una porción del número total de canales disponibles en el sistema completo, y a las estaciones base cercanas se les asignan diferentes grupos de canales de forma que los canales disponibles son asignados en un número relativamente pequeño de estaciones base vecinas. A las estaciones base vecinas se les asigna diferentes grupos de canales de forma que las interferencias entre las estaciones base (y entre los usuarios móviles bajo su control) se reducen. Espaciando sistemáticamente las estaciones base y sus grupos de canales a través de un mercado, los canales disponibles se distribuyen a través de una región y pueden ser reutilizadas tantas veces como sea necesario, siempre que la interferencia entre estaciones con el mismo canal se mantenga por debajo de unos niveles aceptables. REUTILIZACIÓN DE FRECUENCIAS Los sistemas de radio celulares se basan en la colocación inteligente así como de la reutilización de los canales a través de una región de cobertura. Al proceso de diseño de seleccionar y colocar grupos de canales en todas las estaciones base dentro de un sistema, se le llama reutilización de frecuencias o planificación de frecuencias. La figura ilustra el concepto de reutilización de frecuencias, donde las celdas con la misma letra utilizan el mismo grupo de canales. La forma hexagonal de la celda mostrada en la figura es conceptual y es un modelo simple de la cobertura de radio para cada estación base, pero ha sido universalmente adoptado dado que el hexágono permite un análisis fácil y manejable de un sistema celular. La cobertura real de una celda se conoce como huella ("footprint") y se determina de los modelos de campo o de los modelos de predicción de la propagación. 3

5 ESTRATEGIAS DE ASIGNACIÓN DE CANALES Para la utilización eficiente del espectro de radio, se requiere un sistema de reutilización de frecuencias que aumente la capacidad y minimice las interferencias. Se han desarrollado una gran variedad de estrategias de asignación de canales para llevar a cabo estos objetivos. Las estrategias de asignación de canales se pueden clasificar en fijas o dinámicas. La elección de la estrategia de asignación de canales va a imponer las características del sistema, particularmente, en cómo se gestionan las llamadas cuando un usuario pasa de una celda a otra (handover). En una estrategia de asignación de canales fija, a cada celda se le asigna un conjunto predeterminado de canales. Cualquier llamada producida dentro de la celda, sólo puede ser servida por los canales inutilizados dentro de esa celda en particular. Si todos los canales de esa celda están ocupados, la llamada se bloquea y el usuario no recibe servicio. Existen algunas variantes de ésta estrategia. Una de ellas permite que una celda vecina le preste canales si tiene todos sus canales ocupados. El Centro de Conmutación Móvil ("Mobile Switching Center" ó MSC) supervisa que estos mecanismos de presta no interfieran ninguna de las llamadas en progreso de la celda donadora. En una estrategia de asignación de canales dinámica, los canales no se colocan en diferentes celdas permanentemente. En su lugar, cada vez que se produce un requerimiento de llamada la estación base servidora pide un canal al MSC. Éste entonces coloca un canal en la celda que lo pidió siguiendo un algoritmo que tiene en cuenta diversos factores como son la frecuencia del canal a pasar, su distancia de reutilización, y otras funciones de coste. GESTIÓN DE LA INTERFAZ DE RADIO Dado que el número de canales de radio es mucho menor que el número total de usuarios potenciales, los canales bidireccionales sólo se asignan si se necesitan. Esta es la principal diferencia con la telefonía estándar, donde cada terminal está continuamente unido a un conmutador haya o no haya llamada en progreso. En una red móvil como, los canales de radio se asignan dinámicamente. En, así como en otros sistemas de telefonía celular, el usuario que está en espera permanece atento a las posibles llamadas que se puedan producir escuchando un canal específico. Este canal transporta mensajes llamados mensajes de búsqueda ("paging messages"): su función es la de advertir que un usuario móvil está siendo llamado. Este canal es emitido en todas las celdas, y el problema de la red es determinar en qué celdas llamar a un móvil cuando se le necesite. El establecimiento de cualquier llamada, ya sea el móvil origen o destino de la llamada, requiere medios específicos por los cuales la estación móvil pueda acceder al sistema para obtener un canal. En, este procedimiento de acceso se realiza sobre un canal específico del móvil a la base. Este canal, que envía además de otra información, los mensajes de búsqueda, es conocido en como canal común dado que lleva información hacia y desde el móvil al mismo tiempo. Los canales asignados durante un periodo de tiempo a un móvil se les llaman canales dedicados. Basados en esta distinción se pueden definir dos macro-estados: modo desocupado ("idle"), en el que el móvil escucha; la estación móvil no tiene ningún canal para sí misma; modo dedicado, en el que se asigna un canal bidireccional a la estación móvil para sus necesidades de comunicación, permitiéndole a éste intercambiar información punto a punto en ambas direcciones. 4

6 CONSECUENCIAS DE LA MOVILIDAD Gestión de la localización Para recibir llamadas, primero se debe localizar al usuario móvil, y después el sistema debe determinar en qué celda está actualmente. En la práctica se usan tres métodos diferentes para tener este conocimiento. En el primer método, la estación móvil indica cada cambio de celda a la red. Se le llama actualización sistemática de la localización al nivel de celda. Cuando llega una llamada, se necesita enviar un mensaje de búsqueda sólo a la celda donde está el móvil, ya que ésta es conocida. Un segundo método sería enviar un mensaje de página a todas las celdas de la red cuando llega una llamada, evitándonos así la necesidad de que el móvil esté continuamente avisando a la red de su posición. El tercer método es un compromiso entre los dos primeros introduciendo el concepto de área de localización. Un área de localización es un grupo de celdas, cada una de ellas pertenecientes a un área de localización simple. La identidad del área de localización a la que una celda pertenece se les envía a través de un canal de difusión ("broadcast"), permitiendo a las estaciones móviles saber el área de localización en la que están en cada momento. Cuando una estación móvil cambia de celda se pueden dar dos casos: ambas celdas están en la misma área de localización: la estación móvil no envía ninguna información a la red. Las celdas pertenecen a diferentes áreas de localización: la estación móvil informa a la red de su cambio de área de localización. Cuando llega una llamada solamente se necesita enviar un mensaje a aquellas celdas que pertenecen al área de localización que se actualizó la última vez. realiza éste método. Handover (función de traspaso) En el apartado anterior se trataron las consecuencias de la movilidad en el modo idle. En el modo dedicado, y en particular cuando una llamada está en progreso, la movilidad del usuario puede inducir a la necesidad de cambiar de celda servidora, en particular cuando la calidad de la transmisión cae por debajo de un umbral. Con un sistema basado en células grandes, la probabilidad de que ocurra esto es pequeña y la pérdida de una llamada podría ser aceptable. Sin embargo, si queremos lograr grandes capacidades tenemos que reducir el tamaño de la celda, con lo que el mantenimiento de las llamadas es una tarea esencial para evitar un alto grado de insatisfacción en los abonados. Al proceso de la transferencia automática de una comunicación (de voz o datos) en progreso de una celda a otra para evitar los efectos adversos de los movimientos del usuario se le llama "handover" (o "handoff"). Este proceso requiere primero algunos medios para detectar la necesidad de cambiar de celda mientras estamos en el modo dedicado (preparación del handover), y después se requieren los medios para conmutar una comunicación de un canal en una celda dada a otro canal en otra celda, de una forma que no sea apreciable por el usuario INTERFERENCIAS Y CAPACIDAD DEL SISTEMA La interferencia es el principal factor que limita el desarrollo de los sistemas celulares. Las fuentes de interferencias incluyen a otras estaciones móviles dentro de la misma celda, o cualquier sistema no celular que de forma inadvertida introduce energía dentro de la banda de frecuencia del sistema celular. Las interferencias en los canales de voz causan el "cross-talk", consistente en que el abonado escucha interferencias de fondo debidas a una transmisión no deseada. Sobre los canales de control, las interferencias conducen a llamadas perdidas o bloqueadas debido a errores en la señalización digital. Las interferencias son más fuertes en las áreas urbanas, debido al mayor ruido de radio frecuencia y al gran número de estaciones base y móviles. Las interferencias son las responsables de formar un cuello de botella en la capacidad y de la mayoría de las llamadas entrecortadas. Los dos tipos principales de interferencias 5

7 generadas por sistemas son las interferencias co-canal y las interferencias entre canales adyacentes. Aunque las señales de interferencia se generan frecuentemente dentro del sistema celular, son difíciles de controlar en la práctica (debido a los efectos de propagación aleatoria). Pero las interferencias más difíciles de controlar son las debidas a otros usuarios de fuera de la banda (de otros sistemas celulares, por ejemplo), que llegan sin avisar debido a los productos de intermodulación intermitentes o a sobrecargas del terminal de otro abonado. En la práctica, los transmisores de portadoras de sistemas celulares de la competencia, son frecuentemente una fuente significativa de interferencias de fuera de banda, dado que la competencia frecuentemente coloca sus estaciones base cerca, para proporcionar una cobertura comparable a sus abonados. Interferencia co-canal y Capacidad del Sistema. La reutilización de frecuencias implica que en un área de cobertura dada haya varias celdas que usen el mismo conjunto de frecuencias. Estas celdas son llamadas celdas co-canales, y la interferencia entre las señales de estas celdas se le llama interferencia co-canal. Al contrario que el ruido térmico, que se puede superar incrementando la relación señal ruido ("Signal to Noise Ratio" ó SNR), la interferencia co-canal no se puede combatir simplemente incrementando la potencia de portadora de un transmisor. Esto es debido a que un incremento en la potencia de portadora de transmisión de una celda, incrementa la interferencia hacia las celdas co-canales vecinas. Para reducir la interferencia co-canal las celdas co-canales deben estar físicamente separadas por una distancia mínima que proporcione el suficiente aislamiento debido a las pérdidas en la propagación. En un sistema celular, cuando el tamaño de cada celda es aproximadamente el mismo, la interferencia co-canal es aproximadamente independiente de la potencia de transmisión y se convierte en una función del radio de la celda (R), y de la distancia al centro de la celda co-canal más próxima (D). Incrementando la relación D/R, se incrementa la separación entre celdas cocanales relativa a la distancia de cobertura. El parámetro Q, llamado factor de reutilización cocanal, está relacionado con el tamaño del cluster N. Para una geometría hexagonal sería D Q = = 3N R Un valor pequeño de Q proporciona una mayor capacidad dado que el tamaño del cluster N es pequeño, mientras que un valor de Q grande mejora la calidad de la transmisión, debido a que es menor la interferencia co-canal. Se debe llegar a un compromiso entre estos dos objetivos a la hora del diseño. Interferencia entre canales adyacentes Entran en este apartado las interferencias procedentes de señales que son adyacentes en frecuencia a la señal deseada. Estas interferencias están producidas por la imperfección de los filtros en los receptores que permiten a las frecuencias cercanas colarse dentro de la banda pasante. El problema puede ser particularmente serio si un usuario de un canal adyacente está transmitiendo en un rango muy próximo al receptor de un abonado, mientras que el receptor está intentando recibir una estación base sobre el canal deseado. A esto se le suele llamar efecto "nearfar", donde un transmisor cercano (que puede ser o no del mismo tipo que el usado en el sistema celular) captura al receptor del abonado. Otra forma de reducir el mismo efecto es cuando un móvil cercano a una estación base transmite sobre un canal cercano a otro que está usando un móvil débil. La estación base puede tener dificultad para discriminar al usuario móvil deseado del otro debido a la proximidad entre los canales. Este tipo de interferencias se pueden minimizar filtrando cuidadosamente, y con una correcta asignación de frecuencias. Dado que cada celda maneja sólo un conjunto del total de canales, los canales a asignar en cada celda no deben estar próximos en frecuencias. 6

8 Control de Potencia para reducir las Interferencias En los sistemas celulares de radio, los niveles de potencia transmitida por cada unidad de los abonados, están bajo un control constante por las estaciones base servidoras. Esto se hace para asegurar que cada móvil transmite la potencia más baja necesaria y así reducir las interferencias entre canales. DIVISIÓN DE CELDAS ("CELL-SPLITTING") El "splitting" es el proceso de subdividir una celda congestionada en celdas más pequeñas, cada una con su propia estación base y la correspondiente reducción en la altura de la antena y de la potencia de transmisión. El "splitting" incrementa la capacidad de un sistema celular dado que incrementa el número de veces que se reutilizan los canales. Definiendo nuevas celdas que tengan un radio más pequeño que las celdas originales instalando estas pequeñas celdas entre las celdas existentes, se incrementa la capacidad debido al incremento de canales por unidad de área. En se distinguen cuatro tipos diferentes de células, son las siguientes: - Macrocélulas (Macrocells): Son células de gran tamaño utilizadas en áreas de terreno muy grandes y donde la distancia entre áreas pobladas es muy distantes entre si. - Microcélulas (Microcells): Se utilizan por el contrario en áreas donde hay una gran densidad de población, el objetivo al hacer esto es el que comentábamos antes cuando describíamos que era una célula, a mayor número de células mayor número de canales disponibles que pueden ser utilizados por más usuarios simultáneamente. - Células selectivas (Selectived Cells): En muchas ocasiones no interesa que una célula tenga una cobertura de 360 grados sino que interesa que tenga un alcance y un radio de acción determinado, en este caso es donde aparecen las células selectivas, el caso más típico de células de este tipo son aquellas que se disponen en las entradas de los túneles en los cuales no tiene sentido que la célula tenga un radio de acción total (360 grados) sino un radio de acción que vaya a lo largo del túnel. -Células Sombrilla (Umbrella Cells): Este tipo de células se utilizan en aquellos casos en los que tenemos un elevado número de células de tamaño pequeño y continuamente se están produciendo cambios (handovers) del terminal de una célula a otra. Para evitar que suceda esto, lo que hacemos es agrupar conjuntos de microcélulas de modo que aumentamos la potencia de la nueva célula formada y podemos reducir el número de handovers que se producen. 7

9 COMPONENTES DE Los componentes principales son: - El centro de conmutación móvil (MSC, Mobile Switching Center), es el corazón de todo sistema y se encarga de establecer, gestionar y despejar conexiones, así como de enrutar las llamadas a la célula correcta. El MSC proporciona la interfaz con el sistema telefónico y presta servicios de determinación de cargos y contabilidad. - La célula, cuyo tamaño es de aproximadamente 35 km. - La unidad móvil (MS, Mobile Station). Una estación móvil además de permitir el acceso a la red a través de la interfaz de radio con funciones de procesado de señales y de radio frecuencia, debe ofrecer también una interfaz al usuario humano (un micrófono, altavoz, display y tarjeta, para la gestión de las llamadas de voz), y/o una interfaz para otro tipo de equipos (ordenador personal, o fax). Otra parte dentro de la estación móvil es el Módulo de Identificación del Abonado ("Suscriber Identity Module" ó SIM), que es un nombre muy restrictivo para las diversas funciones que este permite. El SIM es básicamente una tarjeta, que sigue las normas ISO que contiene toda la información relacionada con el abonado, almacenada en la parte del usuario de la interfaz de radio. Sus funciones, además de la capacidad de almacenar información, están relacionadas con el área de la confidencialidad. - El controlador de estaciones base (BSC, Base Station Controller). Es un elemento nuevo introducido por. Se encarga de las operaciones de transferencia de control de las llamadas y también de controlar las señales de potencia entre las BTS y las MS, con lo cual releva al centro de conmutación de varias tareas. - La estación de transmisión-recepción base (BTS, Base Transceiver Station). Establece la interfaz a la unidad móvil. Está bajo el control del BSC. - La HLR (Home Location Register) es una base de datos que proporciona información sobre el usuario, su base de suscripción de origen y los servicios suplementarios que se le proveen. - El VLR (Visitor Location Register) es también una base de datos que contiene información sobre la situación de encendido/apagado de las estaciones móviles y si se han activado o desactivado cualesquiera de los servicios suplementarios. - El centro de validación (AC o AUC, Authentication Center) que sirve para proteger a cada suscriptor contra un acceso no autorizado o contra el uso de un número de suscripción por personas no autorizadas; opera en relación estrecha con el HLR. - El registro de identidad del equipo (EIR, Equipment Identity Register) que sirve para registrar el tipo de equipo que existe en la estación móvil y también puede desempeñar funciones de seguridad como bloqueo de llamadas que se ha determinado que emanan de estaciones móviles robadas, así como evitar que ciertas estaciones, que no han sido aprobadas por el proveedor de la red, usen ésta. 8

10 ENRUTAMIENTO DE LLAMADAS En la figura se muestra un ejemplo de enrutamiento de llamadas. En el paso 1, un usuario de teléfono llama a la unidad móvil a través de la red telefónica pública. La llamada se enruta a un MSC de puerta (paso 2), el cual examina los dígitos marcados y determina que no puede enrutar la llamada más lejos; por tanto, en el paso 3, interroga el registro de ubicación de origen (HLR) del usuario llamado a través del SS7 TCAP (transation capabilities application part). El HLR interroga el registro de ubicación de visitante (VLR) que actualmente está dando servicio al usuario (paso 4). En el paso 5, el VLR devuelve un número de enrutamiento al HLR que lo devuelve al MSC de puerta. Con base en este número de enrutamiento, el MSC de puerta enruta la llamada al MSC terminal (paso 6). El MSC terminal consulta entonces el VLR para comparar la llamada entrante con la identidad del suscriptor receptor (pasos 7 y 8). En el paso 9, la BSS recibe una solicitud de notificación del MSC terminal y envía una señal de notificación. Cuando la señal de usuario regresa, la llamada se completa (paso 10). 9

11 ACTUALIZACIÓN DE UBICACIÓN La figura muestra un ejemplo de cómo un suscriptor puede vagar de una célula a otra y de cómo el sistema sigue la posta de dicho suscriptor. Cuando una estación móvil cruza una frontera de una célula, la unidad móvil envía automáticamente su solicitud de actualización de ubicación (que también contiene su identificación) a la BSS. El mensaje se enruta al MSC de la nueva célula, que examina su VLR (VLR nueva en la figura). Si la VLR nueva no tiene información acerca de la identidad del mensaje para este usuario (porque el usuario llegó hace poco a esta área), envía un mensaje de solicitud de actualización de ubicación al registro de ubicación de origen del usuario (paso 2). Este mensaje incluya la identidad del usuario así como la identidad del VLR que está enviando el mensaje. En el paso 3, el HLR almacena la nueva ubicación que está enviando el mensaje. En el paso 3, el HLR almacena la nueva ubicación del suscriptor como VLR nuevo y luego carga línea abajo la base de datos de suscripción del usuario en el nuevo VLR. Al recibir esta información, el nuevo VLR envía el acuse de recibo de la actualización de ubicación a través del nuevo MSC a la BSS y de vuelta al usuario móvil originador (paso 4). Por último, en el paso 5, el HLR envía un mensaje de cancelación de ubicación al VLR viejo para borrar los datos del suscriptor de su base de datos 10

12 Importante, sólo un VLR a la vez debe conocer al suscriptor móvil. En este ejemplo, cuando el suscriptor se ha movido a otra área (otra célula), ha sido necesario actualizar el VLR. Es evidente que el HLR es el maestro de las bases de datos de suscriptores y por tanto coordina los cambios a los VLR y MSC conforme el suscriptor se mueve de una célula a otra. INTERFACES se diseñó de modo que permitiera la división en particiones funcionales. Dichas particiones tienen sus fronteras en las diferentes interfaces que la componen. Estas son las siguientes: - La interfaz A. Un lado de la interfaz se ocupa de las operaciones de MSC, HLR y VLR, y el otro lado de ella se encarga de las operaciones de BSC y de radio. - Una segunda interfaz llamada Abis, define las operaciones entre el BSC y la BTS; se basa en un enlace de transmisión PCM-30 de 2 Mbit/s y LAPD. - La interfaz de aplicación móvil, MAP (Mobile Application Part) define las operaciones entre el MSC y la red telefónica, así como el MSC, el HLR, el VLR y el EIR. MAP se implementa encima de SS7. - La interfaz de radio Um. LA INTERFAZ DE RADIO Acceso a Sistemas Truncados Si el número de canales disponibles para todos los usuarios de un sistema de radio es menor que el número de posibles usuarios, entonces a ese sistema se le llama sistema de radio truncado. El truncamiento es el proceso por el cual los usuarios participan de un determinado número de canales de forma ordenada. Los canales compartidos funcionan debido a que podemos estar seguros que la probabilidad de que todo el mundo quiera un canal al mismo tiempo es muy baja. Un sistema de telefonía celular como es un sistema de radio truncado, porque hay menos canales que abonados que posiblemente quieran usar el sistema al mismo tiempo. El acceso se garantiza dividiendo el sistema en uno o más de sus dominios: frecuencia, tiempo, espacio o codificación. Acceso Múltiple por División en Frecuencia (FDMA) FDMA ("Frecuency Division Multiple Access") es la manera más común de acceso truncado. Con FDMA, se asigna a los usuarios un canal de un conjunto limitado de canales ordenados en el dominio de la frecuencia. Cuando hay más usuarios que el suministro de canales de frecuencia puede soportar, se bloquea el acceso de los usuarios al sistema. Cuantas más frecuencias se disponen, hay más usuarios, y esto significa que tiene que pasar más señalización a través del canal de control. Los sistemas muy grandes FDMA frecuentemente tienen más de un canal de control para manejar todas las tareas de control de acceso. Una característica importante de los sistemas FDMA es que una vez que se asigna una frecuencia a un usuario, ésta es usada exclusivamente por ese usuario hasta que éste no necesite el recurso. 11

13 Acceso Múltiple por División en el Tiempo (TDMA) TDMA ("Time Division Multiple Access") es común en los sistemas de telefonía fija. Las últimas tecnologías en los sistemas de radio son la codificación de la voz y la compresión de datos, que eliminan redundancia y periodos de silencio y decrementan el tiempo necesario en representar un periodo de voz. Los usuarios acceden a un canal de acuerdo con un esquema temporal. Aunque no hay ningún requerimiento técnico para ello, los sistemas celulares, que emplean técnicas TDMA, siempre usan TDMA sobre una estructura FDMA. Un sistema puro TDMA tendría sólo una frecuencia de operación, y no sería un sistema útil. En los sistemas modernos celulares y digitales, TDMA implica el uso de técnicas de compresión de voz digitales, que permite a múltiples usuarios compartir un canal común utilizando un orden temporal. La codificación de voz moderna, reduce mucho el tiempo que se lleva en transmitir mensajes de voz, eliminando la mayoría de la redundancia y periodos de silencio en las comunicaciones de voz. Otros usuarios pueden compartir el mismo canal durante los periodos en que éste no se utiliza. Los usuarios comparten un canal físico en un sistema TDMA, donde están asignados unos slots de tiempo. A todos los usuarios que comparten la misma frecuencia se les asigna un slot de tiempo, que se repite dentro de un grupo de slots que se llama trama. Un slot es de 577 μs y cada usuario tiene uso del canal (mediante su slot) cada ms (577 μs * 8 = ms), ya que en tenemos 8 slots de tiempo. Acceso Múltiple por división del Espacio (SDMA) SDMA ("Space Division Multiple Access") se usa en todos los sistemas celulares, analógicos o digitales. Por tanto, los sistemas celulares se diferencian de otros sistemas de radio truncados solamente porque emplean SDMA. Los sistemas de radio celulares, como ya vimos en la introducción a los sistemas celulares, permiten el acceso a un canal de radio, siendo éste reutilizado en otras celdas dentro del sistema. Acceso Múltiple por División de Código (CDMA) El acceso Múltiple por División de Código (CDMA, Code División Multiple Access) no se usa en. CDMA usa un solo espectro de ancho de banda (no rebanadas de ancho de banda) para todos los usuarios de la célula. CDMA transmite las señales de todos los usuarios por el canal al mismo tiempo, lo que permite a las señales de los usuarios interferir unas con otras. Cada señal de conversación se modula ( dispersa ) a lo ancho de toda una banda (p.ej., una banda de 1.25 MHz). El respectivo receptor demodula e interpreta la señal empleando el código pertinente incorporado en la señal. La señal final sólo contiene la conversación pertinente. Cualquier otra señal (las señales codificadas de otros usuarios) se capta como ruido. Acceso Múltiple por Saltos de Frecuencia (FHMA) FHMA es un sistema de acceso múltiple digital, en el cual, las frecuencias de las portadoras de los usuarios individuales se varían de forma pseudoaleatoria dentro de un canal de banda ancha. Los datos digitales se dividen en ráfagas de tamaño uniforme que se transmiten sobre diferentes portadoras. Operaciones Dúplex Excepto en situaciones especiales, la información vía radio se mueve en modo dúplex, que significa que para cada transmisión en una dirección, se espera una respuesta, y entonces se responde en la otra dirección. Hay dos formas principales de establecer canales de comunicaciones dúplex. 12

14 Dúplex por división en Frecuencia (FDD) Debido a que es difícil y muy caro construir un sistema de radio que pueda transmitir y recibir señales al mismo tiempo y por la misma frecuencia, es común definir un canal de frecuencia con dos frecuencias de operación separadas, una para el transmisor y otra para el receptor. Todo lo que se necesita es añadir filtros en los caminos del transmisor y del receptor que mantengan la energía del transmisor fuera de la entrada del receptor. Se podría usar una antena común como un sistema de filtrado simple. Los sistemas de filtrado se llaman duplexores y nos permiten usar el canal (par de frecuencias) en el modo full-dúplex; es decir, el usuario puede hablar y escuchar al mismo tiempo. Dúplex por División en el Tiempo (TDD) Muchos sistemas de radio móviles, como los sistemas de seguridad públicos, no requieren la operación full-dúplex. En estos sistemas se puede transmitir y recibir en la misma frecuencia pero no en el mismo tiempo. Esta clase de dúplex se llama half-dúplex, y es necesario que un usuario de una indicación de que ha terminado de hablar, y está preparado para recibir respuesta de otro usuario. EL CANAL DE RADIO El espectro de radio es un recurso muy valioso pero fijo. Por ello, los diseñadores de sistemas deben basar su estudio en mandar la información en el segmento más estrecho que se pueda del espectro asignado. Hay dos fuentes de problemas dentro del canal: el ruido y las interferencias entre los distintos canales. Condiciones Estáticas Primero, vamos a considerar el caso en que ni el móvil se está moviendo, ni hay nada más moviéndose cerca. El canal es, en este caso inusual, un canal con ruido blanco gaussiano y aditivo (AGWN). Todos los datos además, están sujetos al efecto multitrayecto, zonas con sombras y retardos que pueden ser de incluso varios microsegundos. La ecualización del canal mediante filtros adaptativos se usa para eliminar la interferencia intersimbólica a velocidades altas. Finalmente, el receptor local genera su propio ruido. Condiciones Dinámicas Si suponemos que el móvil se mueve (como es evidente), añadimos los efectos de la propagación terrestre, que está dominada por la influencia más destructiva de todas: los desvanecimientos Rayleigh. Dado que las ondas de radio pueden seguir una variedad de caminos hasta el receptor móvil, pueden ocurrir cambios de fase, que son dependientes de la frecuencia. Este tipo de desvanecimientos ocurren con una distribución estadística llamada distribución Rayleigh. FRECUENCIAS Y CANALES LÓGICOS utiliza dos bandas de 25 MHz para transmitir y para recibir (FDD). En Europa, por ejemplo, la banda de MHz se usa para las transmisiones desde la MS hasta el BTS ("uplink") y la banda de MHz se usa para las transmisiones entre el BTS y la MS ("downlink"). usa FDD y una combinación de TDMA y FHMA para proporcionar a las estaciones base y a los usuarios un acceso múltiple. Las bandas de frecuencias superiores e inferiores se dividen en canales de 200 KHz llamados ARFCN ("Absolute Radio Frequency Channel Number" ó Números de Canales de Radio Frecuencia Absolutos). El ARFCN denota 13

15 un par de canales "uplink" y "downlink" separados por 45 MHz y cada canal es compartido en el tiempo por hasta 8 usuarios usando TDMA. Cada uno de los 8 usuarios usan el mismo ARFCN y ocupan un único slot de tiempo (TS) por trama. Las transmisiones de radio se hacen a una velocidad de kbps usando modulación digital binaria GMSK ("Gaussian Minimum Shift Keying") con BT=0.3. El BT es el producto del ancho de banda del filtro por el periodo de bit de transmisión. Por lo tanto, la duración de un bit es de ms, y la velocidad efectiva de Rango de Frecuencias MHz y MHz o MHz y MHz Zona de aplicación MHz y MHz Australia, Canadá, Estados Unidos, Sudamérica MHz y MHz Europa MHz y MHz Europa MHz y MHz Estados Unidos transmisión de cada usuario es de kbps ( kbps/8 usuarios). Con el estándar, los datos se envían actualmente a una velocidad máxima de 24.7 kbps. Cada TS tiene un tamaño equivalente en un canal de radio de bits, y una duración de μs y una trama TDMA simple en dura ms. El número de total de canales disponibles dentro de los 25 MHz de banda es de 125 (asumiendo que no hay ninguna banda de guarda). Dado que cada canal de radio está formado por 8 slots de tiempo, hacen un total de 1000 canales de tráfico en. En implementaciones prácticas, se proporciona una banda de guarda de la parte más alta y más baja de espectro de, y disponemos tan solo de 124 canales. La combinación de un número de TS y un ARFCN constituyen un canal físico tanto para el "uplink" como para el "downlink". Cada canal físico en un sistema se puede proyectar en diferentes canales lógicos en diferentes tiempos. Es decir, cada slot de tiempo específico o trama debe estar dedicado a manipular el tráfico de datos (voz, facsímil o teletexto), o a señalizar datos (desde el MSC, la estación base o la MS). Las especificaciones definen una gran variedad de canales lógicos que pueden ser usados para enlazar la capa física con la capa de datos dentro de las capas de la red. Estos canales lógicos transmiten eficientemente los datos de usuario, a parte de proporcionar el control de la red en cada ARFCN. proporciona asignaciones explícitas de los slots de tiempo de las tramas para los diferentes canales lógicos. Los canales lógicos se pueden separar en dos categorías principalmente: - Los Canales de Tráfico (TCH). - Los Canales de Control. Los TCHs llevan voz codificada digitalmente o datos y tienen funciones idénticas y formatos tanto para el "downlink" como para el "uplink". Los canales de control llevan comandos de señalización y control entre la estación base y la estación móvil. Se definen ciertos tipos de canales de control exclusivos para el uplink o para el downlink. Hay seis clases diferentes de TCHs y un número aún mayor de Canales de Control. 14

16 Canales de Tráfico Universidad Nacional de Mar del Plata Los canales de tráfico en pueden ser de velocidad completa ("full-rate") o de velocidad mitad ("half-rate"), y pueden llevar voz digitalizada o datos de usuario. Cuando transmitimos a velocidad completa, los datos están contenidos en un TS por trama. Cuando transmitimos a velocidad mitad, los datos de usuario se transportan en el mismo slot de tiempo, pero se envían en tramas alternativas. En, los datos TCH no se pueden enviar en el TS 0 ("time slot 0") sobre ciertos ARFCNs ya que este TS está reservado para los canales de control en la mayoría de las tramas. Además, cada trece tramas TCH se envía un canal de control asociado lento (SACCH) o tramas "idle". A cada grupo de 26 tramas consecutivas TDMA se le llama multitrama. De cada 26 tramas, la decimotercera y la vigesimosexta se corresponden con datos SACCH, o tramas "idle". La 26ª trama contiene bits idle para el caso cuando se usan TCHs a velocidad completa, y contiene datos SACCH cuando se usa TCHs a velocidad mitad. Los TCHs se usan para llevar voz codificada o datos de usuario. Se definen en dos formas generales de canales de tráfico: - Canal de Tráfico a Velocidad Completa (TCH/F). Este canal transporta información a una velocidad de 22.8 kbps. - Canal de Tráfico a Velocidad Mitad (TCH/H). Este canal transporta información a una velocidad de 11.4 kbps. Para transportar voz codificada se van a utilizar dos tipos de canales: - Canal de Tráfico a Velocidad Completa para Voz (TCH/FS). Lleva voz digitalizada a 13 kbps. Después de la codificación del canal la velocidad es de 22.8 kbps. - Canal de Tráfico a Velocidad Mitad para Voz (TCH/HS). Ha sido diseñado para llevar voz digitalizada que ha sido muestreada a la mitad que la de un canal a velocidad completa. En este aspecto se ha anticipado a la disponibilidad de codificadores normalizados de voz a velocidades de unos 6.5 kbps. Después de la codificación del canal, la velocidad es de 11.4 kbps. Para llevar datos de usuario se definen los siguientes tipos de canales de tráfico: - Canal de Tráfico a Velocidad Completa para Datos a 9.6 kbps (TCH/F9.6). Lleva datos de usuario enviados a 9600 bps. Con la codificación de corrección de errores aplicada según el estándar, los datos se envían a 22.8 bps. - Canal de Tráfico a Velocidad Completa para Datos a 4.8 kbps (TCH/F4.8). Lleva datos de usuario enviados a 4800 bps. Con la codificación de corrección de errores aplicada según el estándar, los datos se envían a 22.8 bps. - Canal de Tráfico a Velocidad Completa para Datos a 2.4 kbps (TCH/F2.4). Lleva datos de usuario enviados a 2400 bps. Con la codificación de corrección de errores aplicada según el estándar, los datos se envían a 22.8 bps. - Canal de Tráfico a Velocidad Mitad para Datos a 4.8 kbps (TCH/H4.8). Lleva datos de usuario enviados a 4800 bps. Con la codificación de corrección de errores aplicada según el estándar, los datos se envían a 11.4 bps. - Canal de Tráfico a velocidad mitad para datos a 2.4 kbps (TCH/H2.4). Lleva datos de usuario enviados a 2400 bps. Con la codificación de corrección de errores aplicada según el estándar, los datos se envían a 11.4 bps. Canales de Control Se definen tres categorías de canales de control: difusión ("broadcast" ó BCH), comunes (CCCH) y dedicados (DCCH). Cada canal de control consiste en varios canales lógicos distribuidos en el tiempo para proporcionar las funciones de control necesarias en. Los canales de control downlink BCH y CCCH se implementan sólo en ciertos canales ARFCN y se localizan en slots de tiempo de una forma específica. Concretamente, éstos canales se localizan solo en el TS 0 y se emiten sólo durante ciertas tramas dentro de una secuencia repetitiva de 51 15

17 tramas (llamada multitrama de control del canal) sobre aquellos ARFCNs que se diseñan como canales "broadcast". Desde TS1 hasta TS7 se lleva canales de tráfico regulares. En se definen 34 ARFCNs como canales "broadcast" estándar. Para cada canal "broadcast", la trama 51 no contiene ningún canal "downlink" BCH o CCCH y se considera como una trama idle. Sin embargo, el canal "uplink" CCH puede recibir transmisiones durante el TS 0 de cualquier trama (incluso la trama "idle"). Por otra parte, los datos DCCH se pueden enviar durante cualquier slot de tiempo y en cualquier trama, y hay tramas completas dedicadas específicamente para algunas transmisiones DCCH. Vamos a pasar a describir los diferentes tipos de canales de control. Canales "Broadcast" (BCH) El BCH opera en el "downlink" de un ARFCN específico dentro de cada celda, y transmite datos sólo en el primer slot (TS 0) de algunas tramas. Al contrario que los TCHs que son dúplex, los BCHs solo usan el "downlink". El BCH sirve como un canal guía para cualquier móvil cercano que lo identifique y se enganche a él. El BCH proporciona sincronización para todos los móviles dentro de la celda y se monitoriza ocasionalmente por los móviles de celdas vecinas para recibir datos de potencia y poder realizar las decisiones de handover. Aunque los datos BCH se transmiten en TS0, los otros siete slots de una trama del mismo ARFCN están disponibles para datos TCH, DCCH ó están fijados por ráfagas vacías ("dummy"). Dentro de los canales BCH se definen tres tipos de canales separados que tienen acceso al TS0 durante varias tramas de la multitrama de control formada por 51 tramas. (a) Canal de Control de "Broadcast" (BCCH)- El BCCH es un canal downlink que se usa para enviar información de identificación de celda y de red, así como características operativas de la celda (estructura actual de canales de control, disponibilidad de canales, y congestión). El BCCH también envía una lista de canales que están en uso en una celda. Desde la trama 2 a la 5 de una multitrama de control están contenidos los datos BCCH. (b) Canal Corrector de Frecuencia (FCCH) - El FCCH es una ráfaga de datos que ocupa el TS0 para la primera trama dentro de la multitrama de control, y que se repite cada diez tramas. El FCCH permite a cada estación móvil sincronizar su frecuencia interna de oscilación a la frecuencia exacta de la estación base. (c) Canal de Sincronización (SCH) - El SCH se envía en el TS0 de la trama inmediatamente después del FCCH y se usa para identificar a la estación base servidora mientras que permite a cada móvil la sincronización de las tramas con la estación base. El número de trama (FN), que oscila entre 0 hasta 2,715,647, se envía con el código de identificación de la estación base (BSIC) durante la ráfaga SCH. El BSIC es asignado individualmente a cada BTS en un sistema. Dado que un móvil puede estar hasta a 30 km de la BTS, es necesario frecuentemente ajustar la temporización de un usuario móvil particular de forma que la señal recibida en la estación base se sincroniza con el reloj de la estación base. Canales de Control Comunes (CCCH) En aquellos ARFCN reservados para BCHs, los canales de control comunes ocupan el TS0 de cada trama que no esté ocupada por los BCHs o por tramas idle. Un CCCH puede estar formado por tres tipos diferentes de canales: el canal de búsqueda (PCH) "downlink", el canal de acceso aleatorio (RACH) "uplink", y el canal de acceso concedido (AGCH) "downlink". Los CCCHs son los más comunes dentro de los canales de control y se usan para buscar a los abonados, asignar canales de señalización a los usuarios, y recibir contestaciones de los móviles para el servicio. Vamos a describir estos tipos de canales. (a) Canal de Búsqueda (PCH) - El PCH proporciona señales de búsqueda a todos los móviles de una celda, y avisa a los móviles si se ha producido alguna llamada procedente de la PTSN. El PCH transmite el IMSI (Identificación de Abonado Móvil Internacional) del abonado 16

18 destino, junto con la petición de reconocimiento de la unidad móvil a través de un RACH. Alternativamente, el PCH se puede usar para proporcionar envíos de mensajes tipo ASCII en las celdas, como parte del servicio SMS de. (b) Canal de Acceso Aleatorio (RACH) - El RACH es un canal "uplink" usado por el móvil para confirmar una búsqueda procedente de un PCH, y también se usa para originar una llamada. El RACH usa un esquema de acceso slotted ALOHA. Todos los móviles deben de pedir acceso o responder ante una petición por parte de un PCH dentro del TS0 de una trama. En el BTS, cada trama (incluso la trama idle) aceptará transmisiones RACH de los móviles durante TS0. Para establecer el servicio, la estación base debe responder a la transmisión RACH dándole un canal de tráfico y asignando un canal de control dedicado (SDCCH) para la señalización durante la llamada. Esta conexión se confirma por la estación base a través de un AGCH. (c) Canal de Acceso Concedido (AGCH) - El AGCH se usa por la estación base para proporcionar un enlace de comunicaciones con el móvil, y lleva datos que ordenan al móvil operar en un canal físico en particular (en un determinado TS y en un ARFCN) con un canal de control dedicado. El ACCH es el último mensaje de control enviado por la estación base antes de que el abonado es eliminado del control del canal de control. El ACCH se usa por la estación base para responder a un RACH enviado por una MS en la trama CCCH previa. Canales de Control Dedicados (DCCH) Hay tres tipos de canales de control dedicados en, y, como los canales de tráfico, son bidireccionales y tienen el mismo formato y función en el uplink y en el downlink. Como los TCHs, los DCCHs pueden existir en cualquier slot de cualquier ARFCN excepto en el TS0 de los ARFCN de los BCHs. Los Canales de Control Dedicados (SDCCH) se usan para proporcionar servicios de señalización requeridos por los usuarios. Los Canales de Control Asociados Lentos y Rápidos (SACCH y FACCH) se usan para supervisar las transmisiones de datos entre la estación móvil y la estación base durante una llamada. (a) Canales de Control Dedicados (SDCCH) - El SDCCH lleva datos de señalización siguiendo la conexión del móvil con la estación base, y justo antes de la conexión lo crea la estación base. El SDCCH se asegura que la MS y la estación base permanecen conectados mientras que la estación base y el MSC verifica la unidad de abonado y localiza los recursos para el móvil. El SDCCH se puede pensar como un canal intermedio y temporal que acepta una nueva llamada procedente de un BCH y mantiene el tráfico mientras que está esperando que la estación base asigne un TCH. El SDCCH se usa para enviar mensajes de autenticación y de alerta (pero no de voz). A los SDCCH se les puede asignar su propio canal físico o pueden ocupar el TS0 del BCH si la demanda de BCHs o CCCHs es baja. (b) Canal de Control Asociado Lento (SACCH) - El SACCH está siempre asociado a un canal de tráfico o a un SDCCH y se asigna dentro del mismo canal físico. Por tanto, cada ARFCN sistemáticamente lleva datos SACCH para todos sus usuarios actuales. El SACCH lleva información general entre la MS y el BTS. En el downlink, el SACCH se usa para enviar información lenta pero regular sobre los cambios de control al móvil, tales como instrucciones sobre la potencia a transmitir e instrucciones específicas de temporización para cada usuario del ARFCN. En el uplink, lleva información acerca de la potencia de la señal recibida y de la calidad del TCH, así como las medidas BCH de las celdas vecinas. El SACCH se transmite durante la decimotercera trama (y la vigesimosexta si se usa velocidad mitad) de cada multitrama de control (ver Figura 13), y dentro de esta trama, los 8 slots se usan para proporcionar datos SACCH a cada uno de los 8 usuarios (ó 16) del ARFCN. (c) Canales de Control Asociados Rápidos (FACCH) - El FACCH lleva mensajes urgentes, y contienen esencialmente el mismo tipo de información que los SDCCH. Un FACCH se asigna cuando un SDCCH no se ha dedicado para un usuario particular y hay un mensaje urgente (como una respuesta de handover). El FACCH gana tiempo de acceso a un slot "robando" tramas del canal de tráfico al que está asignado. Esto se hace activando dos bits 17

19 especiales, llamados bits de robo ("stealing bits"), de una ráfaga TCH. Si se activan los stealing bits, el slot sabe que contiene datos FACCH y no un canal de tráfico, para esa trama. ESTRUCTURA DE LAS TRAMAS EN Cada usuario transmite una ráfaga de datos durante cada slot de tiempo asignado. Las ráfagas normales se usan para transmisiones TCH y DCCH tanto para el ascendente como para el descendente. La figura muestra los cinco tipos posibles de ráfagas de datos usadas en. Las ráfagas normales se usan para transmisiones TCH y DCCH tanto para el "uplink" como para el "downlink". Las ráfagas FCCH y SCH se usan en el TS0 de las tramas específicas (como se ha visto con anterioridad) para enviar los mensajes de control de frecuencia y sincronización temporal en el descendente. La ráfaga RACH se usa por todos los móviles para acceder al servicio desde cualquier estación base, y la ráfaga vacía se usa para rellenar información en slots inutilizados en el descendente. Las estructura de de una ráfaga normal está formada por bits que se transmiten a una velocidad de kbps, de los cuales, 8.25 bits proporcionan un tiempo de guarda al final de cada ráfaga. Otros 114 son bits de información que se transmiten en dos secuencias de 57 bits al comienzo y al final de la ráfaga. En el centro de la ráfaga hay una secuencia de 26 bits de entrenamiento que permiten al ecualizador adaptativo del móvil o de la estación base analizar las características del canal de radio antes de descodificar los datos. A cada lado de la secuencia de entrenamiento se encuentran los dos "stealing flags". Estos dos "flags" se usan para distinguir si el ST contiene datos de voz (TCH) o control (FACCH), ambos con el mismo canal físico. Durante una trama, el móvil usa un solo ST para transmitir, uno para recibir, y puede usar seis slots para medir la potencia de la señal de cinco estaciones base adyacentes así como la de su propia estación base. Hay ocho slots por trama TDMA, y el periodo de trama es de ms. Una trama contiene 8 x = 1250 bits, aunque algunos periodos no se usan. La velocidad de las tramas es de kbps/1250 bits/trama es decir tramas por segundo. Las tramas decimotercera y vigesimosexta no se usan para tráfico, sino para tareas de control. Cada una de las tramas normales se agrupan en estructuras más grandes llamadas multitramas que a su vez se agrupan en supertramas y éstas en hipertramas. Una multitrama contiene 26 tramas TDMA, y una supertrama contiene 51 multitramas, ó 1326 tramas TDMA. Una hipertrama contiene 2048 supertramas, o 2,715,648 tramas TDMA. Una hipertrama completa se envía cada 3 horas, 28 minutos, y 54 segundos, y es importante en dado que los algoritmos de encriptación relacionan este particular número de tramas, y sólo se puede obtener una suficiente seguridad si se usa un número suficientemente grande como el que proporciona la hipertrama. 18

20 Las multitramas de control ocupan 51 tramas ( ms), a diferencia de las 26 tramas (120 ms) usadas por los canales de tráfico o dedicados. Esto se hace intencionadamente para asegurar que cualquier móvil (si está en la celda servidora o en la adyacente) recibirá con seguridad las transmisiones del SCH y el FCCH del BCH. EJEMPLO DE UNA LLAMADA Para comprender cómo se usan los diferentes canales de tráfico y de control, consideremos el caso de que se origine una llamada en. Primero, la estación móvil debe estar sincronizada a una estación base cercana como se hace en un BCH. Recibiendo los mensajes FCCH, SCH y BCCH, el móvil se enganchará al sistema y al BCH apropiado. Para originar una llamada, el usuario primero marca la combinación de dígitos correspondiente y presiona el botón de "enviar" del teléfono. El móvil transmite una ráfaga de datos RACH, usando el mismo ARFCN que la estación base a la que está enganchado. La estación base entonces responde con un mensaje AGCH sobre el CCCH que asigna al móvil un nuevo canal para una conexión SDCCH. El móvil, que está recibiendo en la TS0 del BCH, recibe su asignación de ARFCN y su TS por parte del AGCH e inmediatamente cambia su sintonización a su nuevo ARFCN y TS. Esta nueva asignación del ARFCN y del TS es físicamente el SDCCH (no el TCH). Una vez sintonizado al SDCCH, el móvil primero espera a la trama SDCCH que se transmite (la espera será como mucho de 26 tramas cada 120 ms), que informa al móvil del adelanto de temporización adecuado y de los comandos de potencia a transmitir. La estación base es capaz de determinar el adelanto de temporización adecuado y el nivel de señal del móvil gracias al último RACH enviado por el móvil, y envía los valores adecuados a través del SACCH. Hasta que estas señales no le son enviadas y procesadas, el móvil no puede transmitir ráfagas normales como se requieren para un tráfico de voz. El SDCCH envía mensajes entre la unidad móvil y la estación base, teniendo cuidado de la autenticación y la validación del usuario, mientras que la PSTN conecta la dirección marcada con el MSC, y el MSC conmuta un camino de voz hasta la estación base servidora. Después de pocos segundos, la unidad móvil está dirigida por la estación base a través del SDCCH que devuelve un nuevo ARFCN y un nuevo TS para la asignación de un TCH. Una vez devuelto el TCH, los datos de voz se 19