Radiación y Radiocomunicación 4º Ingeniería de Telecomunicación

Transcripción

1 Radiación y Radiocomunicación 4º Ingeniería de Telecomunicación Tema 9. SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIONES MOVILES Juan José Murillo Fuentes DTSC. ETSI. Univ Sevilla 13 de mayo de 2008 murillo@esi.us.es COURTESY: SENSEable City Laboratory

2 Bibliografía básica: Bibliografía Estas transparencias están basadas en el capítulo 7 del libro Transmisión por radio del prof. Hernándo Rábanos, ed. Ramón Areces Bibliografía adicional: Generales: GSM: Wireless Communications. Principles and Practice T. Rappaport, Prentice Hall 2003 scd ed. Fundamentos de los sistemas de comunicaciones móviles, Alberto Sendín Escalona. Mc Graw Hill Comunicaciones Móviles GSM, Coord. Hernándo Rábanos, ed. Fundación Airtel Contiene datos básicos de sistemas en España: ES/Servicios/IndicadoresE/sociedadinformacion/ Copyright Si utiliza este material para generar algún otro cítelo como J.J. Murillo-Fuentes. Comunicaciones móviles. Transparencias de la asignatura radiación y radiocomunicación. Universidad de Sevilla murillo@esi.us.es 9.2

3 9. SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIONES MOVILES Parte I: Introducción Parte II: Sistemas Celulares Parte III: Sistemas Privados Parte IV: GSM 9.1 Introducción 9.2 Composición de un sistema y cobertura 9.3 Clasificación 9.4 Frecuencias y modos de explotación 9.5 Caracterización del Canal 9.6 Calidad: cobertura 9.7 Sistemas digitales 9.8 Sistemas de concentración de enlaces 9.9 Sistemas celulares de radiotelefonía 9.10 Estructura básica de un sistema PMR 9.11 Sistemas típicos de PMR 9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM Parte V: Proyectos 9.13 Proyectos de sistemas del Servicio Móvil Parte VI: Otros Sistemas 9.14 Nuevos sistemas de comunicaciones móviles Parte VI: UMTS 9.15 UMTS murillo@esi.us.es 9.3

4 Radiación y Radiocomunicación 4º Ingeniería de Telecomunicación Tema 9. SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIONES MOVILES (Parte I) Juan José Murillo Fuentes ATSC. ETSI.Univ Sevilla murillo@esi.us.es 9.4

5 Parte I: Introducción y Sistemas PMR 9.1 Introducción 9.2 Composición de un sistema y cobertura 9.3 Clasificación 9.4 Frecuencias, acceso múltiple y modos de explotación 9.5 Caracterización del Canal 9.6 Calidad: cobertura 9.7 Sistemas de concentración de enlaces murillo@esi.us.es 9.5

6 Sistemas inalámbricos: movilidad 9.1 Introducción Cobertura Zonal: variación continua del trayecto de propagación Sistemas Gran ubicuidad Gran versatilidad: rápida instalación,... Gran flexibilidad: fácil reconfiguración,... Definición (Reglamento de Radiocomunicaciones): un servicio de radiocomunicaciones entre estaciones móviles y estaciones terrestres fijas, o entre estaciones móviles únicamente. Tipos de servicios móviles: Servicio móvil terrestre: Despacho, Gestión de flotas de vehículos, policía, ambulancias, bomberos, radiotaxi, Servicio móvil marítimo. Servicio móvil aeronáutico. murillo@esi.us.es 9.6

7 Introducción: Wireless Comunicaciones móviles - Comunicaciones inalámbricas Satellite Personal LAN Fixed Mobile LEO MEO GSO Bluetooth IEEE IEEE HomeRF HIPERLAN IEEE (WiMax) LMDS 1G Analog 2G Digital: PDC, GSM 2.5G GPRS/EDGE 3G UMTS DECT Privada: PMR, PAMR Pública: TMA = PLMN

8 Introducción: sistemas móviles privados Radiotelefonía privada (PMR, Private Mobile Radio): No está conectada a la red pública. Sistemas: Analógicos, MPTXXXX, TETRA, Cobertura local Redes móviles tradicionales: Asignación rígida de canales a varios usuarios (no todas las frecuencias se ofrecen a todos usuarios) FDMA señalización selectiva mediante tonos (CTCSS y 5 tonos) Sistemas avanzados Truncking = sistemas troncales Multiacceso basado en sistemas compartición de frecuencias = sistemas de concentración de enlaces: señalización digital espera en cola Acceso Público Móvil Radio (PAMR, Public Access Mobile Radio) Son sistemas para telefonía móvil privada desarrollados por operadoras con licencia que ofertan sus servicios a terceros Por ejemplo: en España licencias para TETRA

9 9.1 Introducción: Sistemas móviles públicos Telefonía móvil automática (TMA) Conexión a la red pública. Sistemas: NMT, AMPS, TACS, GSM, IS-136, IS-95, WCDMA(UMTS), CDMA Cobertura: desde una zona a un continente Explotación totalmente automática Características similares al servicio telefónico fijo en cuanto a Fiabilidad-Disponibilidad Calidad (fidelidad) Sistemas digitales: Multiplexación, TDMA, CDMA. Banda ancha y estrecha Otros Servicios como Transmisión de Datos: GPRS, UMTS Mensajería unidireccional (SMS) Radiobúsqueda-localización (Ej, GALILEO+UMTS) murillo@esi.us.es 9.9

10 9.1 Introducción: WLAN Dentro de los sistemas de comunicaciones móviles cabe al menos introducir los Sistemas indoor : Sistemas restringidos a Fábricas o naves industriales Oficinas Hogar Servicios de Voz Datos: redes WLAN (Wireless LAN) Blootooth, HIPERLAN, WiFi... Telecontrol (domótica) murillo@esi.us.es 9.10

11 Introducción: Primera Generación Las principales características de sistemas 1G son Analógicos Básicamente servicio de voz Baja capacidad Cobertura limitada: local o regional Sistemas: E-TACS, AMPS, NMT, C-net Las interfaces son propietarias España 1 : En 1982 el TMA-450 de Telefónica basado en NMT (Nordic Mobile Telephone) En 1990 el TMA-900 de Telefónica basado en TACS (Total Access Communication System), es el sistema Moviline. UK: TACS en las compañías Cellnet y Vodafone. 1

12 9.1 Introducción: Segunda Generación Las principales características son Digital Conmutación de circuitos Voz y datos básicos Fax SMS Circuit switched data (9.6 kbs) Cobertura regional con roaming (itinerancia) trans-national (panaeuropea) Sistemas: GSM (EU), D-AMPS (=IS-136, USA), PDC (Japón), IS-95 (cdmaone USA), (more) interfaces abiertas (Open Interfaces) En UK Cellnet, Vodafone, Orange, One 2 One En España Vodafone, Movistar, Amena murillo@esi.us.es 9.12

13 9.1 Introducción: Tercera Generación Las principales características son Digital packet and circuit switched Datos avanzados / Multimedia Acceso de alta velocidad Cobertura Global Sistemas: UMTS (WCDMA, TD/CDMA), CDMA 2000 (USA), España: Operadores existentes y nuevos: amena, vodafone, movistar, xfera murillo@esi.us.es 9.13

14 Introducción: Crecimiento de demanda Diferentes sistemas de acceso Million subscribers 1, Fixed access Mobile access Fixed and mobile Internet Mobile Internet

15 Introducción: Evolución de GSM a UMTS 100 Mbit/s Second Generation Third Generation Maximum Data Rate 10 Mbit/s 1 Mbit/s 100 kbit/s HSCSD GPRS EDGE UMTS HSPDA 10 kbit/s GSM GSM 14.4k Since

16 Introducción: Aplicaciones SMS WAP launch m-banking m-stock trading Information Services Mobile Office Schedule Management Work flow Management Electronic Conference File Sharing Chat Room GPRS m-cash Java Picture clips Route planning Radio 3G Music Multi-player Games 1Q1999 4Q1999 4Q2000 4Q2001 Video clips Video Web cam TV Conference Interactive TV Visual, High Speed Intranet Web access Portal Link

17 Introducción: penetración (Subcriptores) de Subscribers (million) telefónia móvil por áreas Rest of World Asia Pacific North America European Union Countries Years

18 9.1 Introducción. Penetración en España 9.18

19 9.1 Introducción. Penetración Mundial 9.19

20 9.1 Introducción: Mercado de Telefonía Móvil por Tecnología PDC and PHS IS 136 D-AMPS IS-95 CDMA GSM Analogue 7 % 9 % 15 % GSM 62 % % murillo@esi.us.es 9.20

21 9.1 Introducción: GSM en USA 9.21

22 9.2 Composición de un sistema de comunicaciones móviles Elementos: Subsistema de Red / Subsistema de Acceso Estaciones fijas (FS) Estación Base (BS, Base Station): BTS en GSM, Nodo B en UMTS, Estación de Control (CS) Estación Repetidora (RS) (túnel, valle,...) Estaciones móviles (MS)=Equipos de usuarios Estación móvil montada en vehículos Equipos portátiles/móviles Elementos de control Conmutación Señalización Localización Identificación Conexión entre sistemas,... PSTN Enlaces ascendente (UL) y descendente (DL) Subsistema de Red Subsistema Acceso BS BS BS DL UL MS MS PSTN: public switched telephone network murillo@esi.us.es 9.22

23 Composición de un sistema de comunicaciones móviles: Ejemplos Ejemplo de BS (BTS en GSM) Antenas de panel: dipolos, 2 polarizaciones 3 sectores Ejemplo de Terminales Enlaces a otras BTS o a Estación de control Cables de alimentación Casetilla con Equipos

24 Clasificación de sistemas móviles Por la Banda de Frecuencias Bandas VHF (30-300MHz) Bandas III ( MHz) Bandas UHF (300-3GHz) Banda 2 GHz Por el tipo de acceso múltiple en el sentido móvil a estación base FDMA: acceso múltiple por división en frecuencia TDMA: acceso múltiple por división en tiempo CDMA: acceso múltiple por división en código SDMA: acceso múltiple por división en espacio (haces de antenas) Por la modalidad de explotación Símplex Semidúplex Dúplex Por el tipo de enlace Bidireccional: Radiotelefonía Unidireccional: Radiomensajería (SMS y otros) Por el tipo de red PMR PAMR PLMN (ó TMA, telefonía móvil automática)

25 9.4 Bandas de frecuencia A modo de ejemplo, el servicio de radiocomunicaciones móviles tiene atribuidas, entre otras, las siguientes frecuencias y canalizaciones Banda Frecuencias Sistemas 1 VHF Baja MHz PMR 2 VHF alta MHz PMR, PAMR 3 Banda III MHz PMR, PAMR 4 Banda UHF baja MHz PMR, PAMR 5 Banda UHF alta MHz PMR 6 Banda 1-2 GHz MHz PLMN Estas bandas se caracterizan por Emplearse en zonas rurales o urbanas Ganancia y Tamaño antenas Alcances típicos... Ejercicio: busque las notas de utilización del CNAF que tengan que ver con comunicaciones móviles. Sugerencia: busque el CNAF con google, abra las notas de utilización (UN) y busque la palabra móvil, servicio móvil,... murillo@esi.us.es 9.25

26 Sistemas Privados: Analógicos FM: 9.4 Canalizaciones Normal: 25 khz con ancho de señal 2(f d +f m )=2(5+3)=16 khz Estrecha (más usada): 12.5 khz con ancho de señal 2(f d +f m )=2(2.5+3)=11 khz Digitales: Dependen del sistema TETRA: canalización de 12.5 KHz con 4 canales TDM-TDMA» Modulación π/4-dpsk Sistemas Públicos Dependen del sistema GSM: canalización de 200 khz con 8 usuarios en TDM-TDMA Modulación GMSK, Gaussian minimum shift keying UMTS: canalización de 5 MHz con múltiples usuarios y tasas Modulación BPSK y H-QPSK (hybrid-qpsk) murillo@esi.us.es 9.26

27 Símplex: Una sola frecuencia Todos los equipos oyen (tonos) 9.4 Modos de explotación Ventaja: Ayuda Mutua BS si BS no escucha a un MS, otro MS puede escucharle Hay comunicación directa MS a MS Desventaja: Tx Rx Captura o bloqueo de una comunicación: cuando una MS no escucha a la MS, está cerca de la BS, y Tx Interferencia canal adyacente entre BS1, BS2, BS3,...en un mismo emplazamiento hay que distanciar en f, Δf =4 a 5 MHz. f 1 f 2 f 3 4-5MHz murillo@esi.us.es 9.27 f 1 f 1 Problema: Tx Rx MS 8-10 MHz

28 Ventajas e inconvenientes de modo Símplex UL UL R BM BS DL DL MS2 R MB MS2 BS MS1 MS1 DL DL Ayuda Mutua Bloqueo

29 9.4 Modos de explotación en comunicaciones móviles Símplex a dos frecuencias: Una solución poco viable es separar físicamente las estaciones base (>280m) Otra solución es usar un par f Tx y f Rx, separadas 4-5 MHz. Desventaja: Los móviles no pueden hablar entre sí (no reciben a f 1 ) No saben si el canal está libre y pueden Tx infructuosamente cargando el sistema innecesariamente. Tx f 1 Tx 4MHz Rx BS f 1 Δf = 4-5 MHz y 10 MHz Rx MS murillo@esi.us.es 9.29

30 Modos de explotación en comunicaciones móviles Semidúplex: La base retransmite en f 1 hacia los móviles (TT, talk-trough) lo que recibe por f 2 Necesario un duplexor Ahora todos los móviles escuchan al que habla si éste llega a la BS Posible otra frecuencia símplex para Comunicación movil-móvil Tx Rx Dúplex: radiocanal, PLMN Elevado coste para PMR (DX y frecuencias) D U X f 1 f 2 Tx Rx Tx Rx D U X f 1 f 2 D U X Tx Rx

31 Desvanec. Plano lento Desvanec. Plano rápido 9.5 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Caracterización del canal Las pérdidas del canal móvil se pueden modelar como l b r( x, y) m ( t, f f n Donde lb( d ) = k d es la pérdida básica de propagación y n = 2 para espacio libre, n = 4 tierra plana, en medios urbanos n =3.5~3.8 (valores típicos) El término r( x, y) se introduce para evaluar estadísticamente las pérdidas por obstáculos en el entorno del móvil Distribución log-normal con desv. tip 4 ~ 12 db (rural, urbano) Se incluye m para incluir el efecto multitrayecto y doppler, ley f ( t, f ) exponencial negativa (cuadrado potencia- de una Rayleigh tensión-). ) Desvanec. Selectivo Si además T b < dispersión temporal (Ej, banda ancha), entonces hay que conocer los retrasos y niveles de cada trayecto para evaluar prestaciones: Se hacen necesarios igualación, codificación con entrelazado y diversidad.

32 9.5 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Caracterización del canal El cálculo de la cobertura es complicado Se pueden hacer de forma manual Típico en la petición de licencias y proyectos técnicos sencillos En entornos rurales se trazan radiales y se calcula mediante métodos empíricos Se utiliza mucho el método ITU-R P.1546 (antes 370) O mediante software El software libre para cálculo de propagación es prácticamente inexistente Ver para un programa basado en el método de Longley-Rice Existe gran variedad de software con licencia: Atoll de Forsk, ATDI, Planet, murillo@esi.us.es 9.32

33 9.6 Calidad I: Cobertura 1) Grado de movilidad: Cobertura: Calidad de cobertura Alcance Alcance de cobertura en el sentido Estación Móvil Alcance de cobertura en el sentido Móvil Estación, ó retroalcance El retroalcance limita la cobertura, a distancias elevadas: el móvil escucha a la base pero, la base no escucha al móvil Ejercicio: PIRE = Sentido estadístico: BS? P = 98 dbm R min Enlace descendente (DL, downlink) Enlace ascendente (UL, uplink) P = 95 dbm Porcentaje de emplazamientos Porcentaje de tiempo Cobertura Zonal Perimetral murillo@esi.us.es 9.33 R min PIRE MS = 30 dbm Solución: si se quiere igual cobertura UL-DL se puede observar que hay que compensar con PIRE BS la diferencia de sensibilidad: PIRE BS =PIRE MS +3=33 dbm. Nota: la diferencia entre la PIRE y la sensibilidad en UL (ó DL) constituye la máxima pérdida ó pérdida compensable.

34 Ejemplo de cobertura: YOIGO Cobertura datos UMTS ó EDGE: Málaga, Sevilla, Cádiz, Granada, Cobertura datos GSM/GPRS: Resto Fecha:25 Marzo 2007

35 Calidad II: Otros 2) Disponibilidad de recursos ó Calidad de tráfico La probabilidad de poder establecer la llamada por falta de recursos probabilidad de congestión ó GOS (grade of service): p 3) Fiabilidad de la conexión La probabilidad de perder una llamada en curso (caída) 4) Seguridad: autenticación y cifrado 5) Calidad de fidelidad de señal (fonía) Sistemas analógicos Criterios objetivos Inteligibilidad: función del Indice de Nitidez (IN) Señal + Ruido + Distorsión S + N + D SINAD = = Ruido + Distorsión N + D Está relacionada con la MOS, se puede dar en Volt, dbμ ó dbm Criterios subjetivos: Notas de Opinión Nota Media de Opinión (Mean Opinion Score, MOS)

36 9.6 Calidad II: Otros 3) Calidad de fidelidad de señal (continuación) Sistemas digitales Criterios objetivos BER: depende del codificador BER irreducible Criterios subjetivos: Notas de Opinión Nota Media de Opinión (Mean Opinion Score, MOS) 9.36

37 9.6 Calidad II: Otros BER irreducible A: mediciones en laboratorio, sin desvanecimiento B: con desvanecimiento Rayleigh (plano) C: con desvanecimiento Rayleigh y efecto Doppler Por el efecto doppler se crean desplazamientos de frecuencia f = v / λ D Donde v es la velocidad Efecto modulación parásita Ej: 900MHz, 25 Km/h: f D =21Hz murillo@esi.us.es 9.37

38 Calidad: Ejemplo en Orange Fecha: 25 Marzo 2007

39 9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Ventajas sistemas digitales Tx de voz y datos con diferente tasa binaria: Integración con redes digitales Métodos de cifrado Control de errores Señalización digital: Control para evitar uso fraudulento Control de potencia Servicios suplementarios, Ej: SMS Posibilidad de utilizar TDMA: Simplifica circuitos RF menor volumen y consumo terminales Más robusto a interferencia cocanal Disminuye D mayor reutilización mayor capacidad Posibilidad de utilizar tecnología digital: Codificador de voz 13 y 6.5Kbps Codificador de canal murillo@esi.us.es 9.39

40 9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Inconvenientes sistemas digitales Necesidad de digitalización (fonía) Son más complejos Sensibilidad a las perturbaciones del medio de transmisión Medios urbanos hostiles Efecto doppler ISI: limitación de ancho de banda Retardo de transmisión (TDMA) murillo@esi.us.es 9.40

41 9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Estructura Estructura del transmisor Codec Vocal Multiplexador Datos Codificador Fuente Codificador de canal Formatización Acceso múltiple Tx-RF Estructura del Receptor Codec Vocal DeMultiplex. Datos Decod. Fuente DeCod. de canal Desformatiz. Acceso múltiple Rx-RF (Digital) Recordar introducción Tema 6 murillo@esi.us.es 9.41

42 9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Estructura Aspectos más relevantes en el canal: Diferencia entre Canal de Usuario: comunicación digital extremo a extremo Canal RF o radiocanal: par de frecuencias portadoras Ojo!! Un mismo radiocanal puede soportar varios canales de usuarios (Multiacceso) Aspectos más relevantes en el Tx: El MX de datos adapta la velocidad de llegada a la de transmisión El codificador de canal optimiza la BER tras el paso por el canal La formatización consiste en adaptar el canal de usuario al de radiofrecuencia (Multiacceso) Aspectos más relevantes en el Rx: Es preciso, en el Rx, Recuperar portadora y sincronismo Hay que desformatizar, extrayendo el canal/es de usuario del de radiofrecuencia murillo@esi.us.es 9.42

43 9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Retrasos Aspectos más relevantes del conjunto La suma de las contribuciones de los retardos en cada bloque = retardo total: Retardos en codificador+decodificador de voz: 0.4 a 50 ms Retardo en codificador de canal Retardo en multiacceso Retardo en canal El retardo total debe estar acotado (fonía): ITU-T máximo en un sentido 400ms Hay que contar además que la llamada puede atravesar la PSTN, y ésta puede tener un enlace via satélite: 270ms El margen que queda es =130ms Se deja para la red móvil 100ms murillo@esi.us.es 9.43

44 9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Codificación de fuente La codificación de fuente Permite pasar la señal analógica de habla a una digital Debe conjugar buena fidelidad con tasa de bit reducida Así, debe caracterizarse por Buena Calidad Tasa de bits reducida Robustez de los algoritmos frente a errores de bits Limitación de la complejidad: Recursos computacionales Limitación del tiempo de procesamiento: retardo reducido Viabilidad de realización física. murillo@esi.us.es 9.44

45 9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Codificación de fuente, ejemplos Minimización de Errores: Por ejemplo en las transiciones versus Cambio de nivel = error de 2 bits Reducir tasa de transmisión: Por ejemplo atendiendo a la probabilidad Llega 00 con Pb=0.005 asigno con Pb=0.05 asigno con Pb=0.1, asigno con Pb=0.845, asigno 1 murillo@esi.us.es 9.45

46 9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Codificación de canal La codificación de canal Protege la información digital (voz, datos, señalización) contra errores producidos en la transmisión Voz: Se protegen mejor los bits más sensibles Ejemplo: un MS a 50Km/h puede experimentar desvanecimientos profundos de algunos ms de duración De forma recurrente (cada 25-50ms) La BER puede ser de 10-2 o peor La codificación de canal Por cada k bits se proporcionan n=k+r bits Rendimiento del código (code rate): k/n La tasa de bits se incrementa a V n =V k n/k incrementa BW Existe codificación Bloque Convolucional Se pierden ráfagas de datos Se puede perder sincronización murillo@esi.us.es 9.46

47 9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Codificación de canal La codificación bloque Cada paquete de k bits se corresponde unívocamente a una palabra-código de n bits La codificación convolucional Es un sistema de estados que dependen de los bits que estén llegando Los estados los da un registro de tamaño m (longitud obligada, constraint lenght) La redundancia introducida ante la llegada de un bit depende del estado actual. Tren continuo de bits, Rendimientos de 1/2. Decodificación: gran poder corrector. Ej, algoritmo de Viterbi. Outer code + Inner code = Bloque + Convolucional Gran poder detector + corrector Actualmente se están empleando códigos LDPC (Low Density Parity Check) Entrelazado (no transmisión consecutiva): evitar ráfagas errores L T b >T c murillo@esi.us.es 9.47

48 9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Acceso múltiple TDMA, Time Division Multiple Access 9.48 Slots de tpo canal 2 canal 1 Código.... canal N Frecuencia Tiempo

49 9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Acceso múltiple TDMA/FDMA También denominado NB-TDMA (Narrow Band- TDMA) 9.49 Código Slots de tpo canal 2 canal 1 canal N.... canal 2 canal 1 canal N canal 2 canal 1 canal N.... Canal RF 1 Canal RF 2 Canal RF Q Frecuencia Tiempo

50 9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Trama TDMA 9.50 Una Trama TDMA Preamble Information Message Trail Bits Slot 1 Slot 2 Slot 3 Slot N Trail Bits Sync. Bits Information Data Guard Bits

51 9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Trama TDMA, TDM Ventajas TDMA frente a SCPC/FDMA Reducción del número de transceptores (TRXs) Reducción en exigencia de tolerancia de frecuencia de portadoras Inconvenientes de TDMA Exigencia de funcionamiento sincronizado Tiempos de guarda Bits de tara para sincronización de trama y señalización del canal: Reduce el rendimiento de la trama TDMA En el sentido ascendente En el sentido descendente (TDM, time division multiplex); no es de acceso sino de difusión murillo@esi.us.es 9.51

52 9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular: CDMA CDMA, Code Division multiple Access Código canal 1 canal 2... canal N Frecuencia Tiempo murillo@esi.us.es 9.52

53 9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Time Division Duplex, TDD? Market needs Kbps Downlink Uplink Asymmetrical traffic increases with time!!

54 9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular: TDD 9.54 Frequency Division Duplex, FDD Canal bajada División en frecuencia Canal Subida Frecuencia Time Division Duplex, TDD Canal bajada División en tiempo Canal Subida Tiempo

55 9.7 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Acceso Múltiple Sistema Celular Advance Mobile Phone System (AMPS) - PLMN CT2 (Cordless Telephone) - PLMN Japanese Figital Cellular (JDC) PLMN U.S. Narrowband Sprea Spectrum (IS-95) -. PLMN Groupe Speciale Mobile (GSM) - PLMN UMTS, Universal Mobile Telecommunic System PLMN MPT 1325 PMR TETRA PMR y PAMR Digital European Cordless Telephone (DECT) (*) Acceso Múltiple FDMA/FDD FDMA/FDD TDMA/FDD CDMA/FDD NB-TDMA/FDD CDMA/FDD y TDD FDMA/FDD NB-TDMA/FDD TDMA/TDD (*)El sistema DECT es para telefonía inalámbrica en el hogar u oficina. Y pueden utilizarse varias estaciones base para cubrir una zona amplia murillo@esi.us.es 9.55

56 9.8 Sistemas de concentración de enlaces: Sistemas Monoemplazamiento Multiemplazamiento: Estructura de un sistema troncal Cada nodo tiene su juego de frecuencias Interconexión (en anillo) de estaciones base y sistemas de control (TSC, trunking system controller) No tiene por qué haber transferencia automática de una BS a otra. Transceptor sintetizador controlado por microprocesador (software-radio) Régimen de llamadas En espera En pérdidas En un sistema troncal Se asignan canales Según necesidades Y no de forma rígida Se optimiza la capacidad NMC PSTN PABX BS TSC BS T / R PABX FS MS murillo@esi.us.es 9.56

57 9.8 Sistemas de concentración de enlaces: Dimensionamiento y Tráfico Objetivo del dimensionamiento: Calcular el número de canales Nº de canales de tráfico, N (Número de canales totales = N+1, incluyendo control) Para cumplir unos criterios de calidad Régimen de llamadas en espera: que la probabilidad de superar un tiempo de espera W 0 al realizar una llamada sea menor de p. Régimen de llamadas perdidas: que la probabilidad de tener canal disponible al realizar una llamada sea menor de p. A p se le denomina probabilidad de congestión o grado de servicio (GOS). Datos de partida Nº de móviles M Tiempo medio de llamada H (segundos) Número medio de llamadas por móvil y en la hora cargada L (llamadas/hora) A d = M L H 3600 erlangs Intensidad de tráfico demandado murillo@esi.us.es 9.57

58 9.8 Sistemas de concentración de enlaces: Fundamento teórico y realización Régimen de llamadas perdidas (TMA y PMR): Erlang-B Se supone un conjunto de usuarios que solicitan aleatoriamente los servicios de N canales de radio con un promedio dado de llegada de solicitudes de llamada. Las llamadas se pierden con una probabilidad de congestión p (ó GOS ó pb de pérdida) si todos los canales están ocupados. La probabilidad de pérdida en un sistema que tiene que servir una intensidad de tráfico A d (Erlangs) demandado con N radiocanales es p=b(a d,n) fórmula Erlang B N En la Erlang se asume que la llegada de llamadas es aleatoria (Poisson) murillo@esi.us.es 9.58

59 Sistemas de concentración de enlaces: Fundamento teórico y realización Régimen de llamadas en espera (PMR): Erlang-C Se supone un conjunto de usuarios que solicitan aleatoriamente los servicios de N canales de radio con un promedio dado de llegada de solicitudes de llamada. GOS: Las llamadas se pierden con una probabilidad p si se supera un tiempo de espera W 0. La probabilidad de pérdida ó GOS: Si el tiempo de espera máximo es igual a la duración de la llamada (habitual) p= GOS( N, A) = P( W > W ) = C( N, A) e El tiempo medio de espera, Ŵ: W ˆ H = C ( N, A ) N A 0 W0 = H ( N A) C(N,A): Distrib. Erlang-C

60 9.8 Sistemas de concentración de enlaces: Fundamento teórico y realización Trunking o concentración de enlaces: La idea del trunking es poder compartir todos los canales entre todos los usuarios. El tráfico que se puede ofertar es mayor El sistema es más eficiente Pero más complejo: hay que controlar la asignación de canales Ejemplo: se propone un ejemplo sencillo para un régimen de llamadas en pérdida Una estación base da servicio a una zona con 3 canales y puede: A) Asignar los 3 canales a toda la superficie con truncking. B) Asignar 1 canal de forma rígida a cada tercio de la superficie A La intensidad de tráfico A (Erlangs) que se puede ofertar en A) es A o,a =B -1 (p,n) B) es A o,b = N B -1 (p,1) < A o,a 1 B murillo@esi.us.es 9.60

61 Radiación y Radiocomunicación 4º Ingeniería de Telecomunicación Tema 9 Comunicaciones Móviles Parte III: Sistemas Celulares: sistemas celulares en FDMA Juan José Murillo Fuentes ATSC. ETSI.Univ Sevilla murillo@esi.us.es 9.61

62 Parte II: Sistemas de Telefonía Móvil Automática (TMA) 9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular Introducción Concepto de celda ó célula Reutilización de frecuencia en sistemas FDMA Geometría celular: distancia de reutilización Distancia de reutilización y relación de protección Dimensionamiento de tráfico y del sistema Otros: Sectorización Asignación dinámica de frecuencias Tilt Generalidades En qué consiste un sistema celular? Cómo se dimensiona una sistema celular? murillo@esi.us.es 9.62

63 9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular Los sistemas de telefonía móvil automática TMA ó PLMN son auténticas redes de telefonía PLMN (Public Land Mobile Network) Con sus centrales de conmutación propias MSC Mobile Switching Centers, ó MTSO Mobile Telephone Switching Office Se persigue Calidad telefónica similar o superior. Conmutación automática Gran capacidad de abonados Capacidad de expansión Coste razonable Eficiencia en espectro Los sistemas celulares PSTN Mobile Telephone Switching Office MTSO Dan respuesta a este problema Actualmente se utilizan también en PMR-PAMR murillo@esi.us.es 9.63

64 9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Una celda (o célula) Mobile Terminal (MT) = Mobile Units (MU) = Mobile Systems (MS) Mobile Hosts (MH) Mobile Equipment (ME). MSC: Mobile Switching Centers = MTSO: Mobile Telephone Switching Office BS (Base Station) MSC (MTSO) BS MS MS Componentes Radio Cell murillo@esi.us.es 9.64

65 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Una célula Forma circular frente a formas triangular, cuadragular, hexagonal Cada radiocanal entre la BS y el MT se divide en Enlace Descendente = down-link, DL =forward link (US) BS a MT up-link Enlace Ascendente = up-link, UL = reverse link (US) down link MT a BS El sistema es un conjunto de células MSC PSTN

66 9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Sistemas Celulares El problema central en la capa radio de los sistemas TMA es conseguir Una amplia cobertura Gran capacidad de tráfico Con Número limitado de frecuencias Si a una sistema TMA (operadora) se le asigna un rango del espectro, y es FDMA Cómo se puede dar cobertura a todo un país? Sistemas FDMA Interferencia múltiple Reutilización de frecuencias cocanal controlada Distancia de reutilización Sistema celular Nota: La planificación celular que se verá aquí es para FDMA murillo@esi.us.es 9.66

67 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Sistemas Celulares, agrupaciones (racimos, clusters) Los sistemas celulares (FDMA) se basan en Tener J tipos de célula Cada tipo de célula tiene asignado un juego de frecuencias diferente El conjunto de J células diferentes se agrupa: agrupación (o cluster) 1-cell cluster 4-cell cluster 12-cell cluster 3-cell cluster 7-cell cluster La zona de cobertura de este racimo o cluster se denomina footprint El racimo o cluster se repite sistemáticamente (enlosado) para conseguir el mapa de cobertura deseado. Se repiten las frecuencias: reutilización de frecuencias

68 Planificación de frecuencia en FDMA f 7 Estructura con J = 7 (Patrón de reutilización 7) f 6 f 2 f 1 f 7 f 5 f 3 f 2 f 6 f 4 f 1 f 2 f 7 f 5 f 3 f 6 f 4 f 2

69 9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Sistemas Celulares FDMA, agrupaciones: frecuencias Así: Un operadora dispone de un ancho de banda para dar cobertura a una zona en un país. La operadora dispone de C canales La zona se divide en Q agrupaciones. Cada agrupación hace uso de C canales Cada agrupación se divide en J células Cada célula tiene asignados, en general, N=C/J canales disponibles Las veces que se repiten las N frecuencias en el mapa de cobertura total no es más que el número de agrupaciones Q = el índice de reutilización El número de canales total es Q J N Si se reserva 1 canal para control en cada célula: Q J (N-1) Ahora bien cuántas células hay? J? qué superficie cubren? Q? Relación de protección Tráfico murillo@esi.us.es 9.69

70 Sistemas de radiotelefonía pública celular: parámetros relevantes de geometría celular D = distancia de reutilización entre celúlas que utilizan mismas frecuencias R = Radio de la Célula J = patrón de reutilización (el tamaño del racimo (cluster)). Ejemplo: para un racimo de 7 celdas con radio R = 3km, la distancia de reutilización de frecuencia es D = km D R = R D S S J c r

71 9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Geometría celular Geometría celular 9.71 Área de un rombo de lado D: S = r D Área de un hexágono de radio R: 2 2 d 3 R 3 3 S c = = 2 2 Relación entre estas áreas: S S r c = D R = 1 3 D R 2 J D D d R Zona Romboidal: Rombo cocanal

72 Sistemas de radiotelefonía pública celular: números rómbicos (0, j d) (i d,0) (0,0) R u v Sistemade ejes: d 3 d = R 3) /( / 3) /( / R u d u j R v d v i = = = = j i j i R D d D j i j i d j i D j i j i d j i D + + = = + + = + + = ) ( ), ( )) cos( 2 ( ), ( α α=π/3 =J D, distancia de reutilización En la figura, i=3, j=2, J=19 (i d, j d)

73 9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular: número rómbicos IMPORTANTE: sólo son posibles, para células hexagonales, algunos números de células por racimo, J. CUÁLES? 9.73 Aquellos que cumplen con Ejemplos para i,j 0, 1 J=1 1, 1 J =3 1, 2 J= 7 3, 0 J=9 4,-2 J=12 4,-1 J=13 2 4, 0 J=16,... 2 i + j + i j = J, i, Números Rómbicos j enteros Una lista completa ordenada: J= 3, 4, 7, 9, 12, 13, 16, 19, 21, 25, 27, 28, 31, 36,... J=1 y 2 no tienen sentido. No hay reutilización.

74 9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Geometría de racimos-agrupaciones-clusters Ejemplos de agrupaciones 9.74 i=1 j=1 J=3 i=2 j=2 J=12 i=1 j=2 J=7

75 9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Celda cocanal: Reutilización de frecuencias Para calcular dónde existe una celda con igual juego de frecuencias Muévase i celdas a lo largo de cualquier cadena de hexágonos. Gire 60º en el sentido contrario a las agujas del reloj y muévase j celdas. Ejemplo: N=19: i=3, j=2; Hexágonos de igual radio: un racimo o agrupación está rodeada de otros 6: Existen 6 celdas cocanales Donde se reutilizan las frecuencias murillo@esi.us.es 9.75

76 9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Calculo de J: interferencia de una celda 9.76 La solución en sistemas celulares es reutilizar las frecuencias Se admite una interferencia Que tiene que estar controlada Cómo controlarla? Se calcula la potencia útil e interferente que llega a un punto de la celda Se impone que esté por encima de la relación de protección c p k d = pr = t n c i p = k d t n i d c d i Veamos cuánto vale cada parámetro

77 9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Calculo de J: interferencia de una celda La señal recibida en un sistema celular donde d es la distancia desde el transmisor (BS) al punto de la celda donde se mide la potencia, k es una constante y n es otra constante (path loss slope) que depende de la propagación. En Celdas urbanas n=2.7 a 5 En el peor caso en el que el móvil se sitúa en el borde de una celda d=r, y otra celda a una distancia D transmite a la misma frecuencia y potencia: pt p n t c = n, i = ( ) n c ( D R) D n = 1 kr k( D R) n = R cell 1 c MS = pr = i R R cell 2 murillo@esi.us.es 9.77 D p t k d n

78 J 9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Calculo de J: interferencia de racimos adyacentes La relación entre la potencia recibida en el borde de una celda y la potencia interferente recibida en el borde de esa misma celda, 1 = 3 D R 2 c i tot = c 6 i c = 1 ( D R) n 6 R Como ha de cumplirse (c/i) tot r p (relación de protección) n = 1 6 D R 1 n c = p t k R 1/ n 2 1/ n 2 1 ( ( c ) ) ( { } 6 ( c ) ) J = + = D R D = 3 i tot 3 i tot 6i c = n 6 p Siempre hay 6 racimos rodeando el de interés Se asume esta distancia Para todos interferentes t k ( D R) n J 3 ( ( ) ) / 2 1 r n p Y además J debe ser un número rómbico Límite inferior Sólo depende de r p!! murillo@esi.us.es 9.78

79 9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Tráfico ofrecido y demandado en una celda Número de móviles en una célula a los que se puede dar servicio con una probabilidad de congestión p (también conocido como grado de servicio GOS) en un sistema celular de J células por agrupación al que se asigna un espectro W divido en bandas de Δf? La oferta El número de canales en el sistema El número de canales en una celda El número de canales de tráfico Se ofrece un tráfico, para p, de La demanda El tráfico ofrecido por M móviles Se iguala Oferta=Demanda A=A o =A d Número de móviles en una celda C = W / Δf N = C / J N 1 O también, en función del Tráfico admisible : ρ H L(Erlang) y se obtiene: A M Sc = a ρm ( móviles / murillo@esi.us.es 9.79 A o A d M = 1 = B ( p, N 1) = M a = M A = = = o 2 a ( Erlang / km ) ρm a Sc Sc A ρ o a 2 km )

80 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Dimensionamiento en sistema Conociendo la superficie total S a cubrir y calculados m y S c se dimensiona Superficie de una agrupación Número de agrupaciones Q = índice de reutilización El número de móviles servidos También: r S c La oferta total de canales de tráfico en el sistema (superficie S) S Q = J M Total Q J ( N 1) c A menor área de celda»con los mismos canales: podría servir a una mayor densidad de móviles»la oferta total en S crece: tengo mayor número de canales en el sistema r = S / S + 1 = Q S J S C J M J S S c

81 9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular: sistema celular: resumen dimensionamiento Paso 1: La relación de protección te da el número mínimo de celdas, el número rómbico más cercano proporciona el mínimo posible J 1 J r p 3 ( ( ) 1/ n ) 2 Se obtiene el número N de canales por celda Analógico: C/I=17 db, n=3,8 J=7 Digital: C/I=9 db, n=3,8 J=3 Paso 2: Igualar la oferta de tráfico que proporciona la célula a la demanda de tráfico que cursan los abonados al sistema Con ello se obtiene A o A d El área o radio de la celda El índice de reutilización Q 1 = B ( p, N 1) = M murillo@esi.us.es 9.81 H L

82 9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Otros aspectos: división celular La retícula básica es un instrumento, en la realidad es difícil establecer el límite entre dos celdas En la práctica habrá celdas (ó células) (zona urbana) que tengan mucho más tráfico que otras (zona rural). Se hace necesario subdividir algunas celdas en otras: El mapa de celdas no es homogéneo Generalmente se va dividiendo el radio de la celda en 2: La superficie se divide por cuatro Se incrementa la capacidad de tráfico en un factor 4 Mayor precisión de las BS Aumenta el tránsito entre celdas (llamada), aumenta tráfico de señalización Aumentan los costes Microceldas (<0.3Km), Picoceldas (<30m) También: se organizan las celdas por capas (layers) murillo@esi.us.es 9.82

83 9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Otros aspectos: Tipos de Celdas Global Internetwork Roaming Seamless end-to-end Service Satellite Suburban Urban Micro-Cell In- Building Home-Cell Macro-Cell Pico-Cell Audio/visual Terminals Source:ITU 9.83

84 9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Otros aspectos: Sectorización Se pueden explotar las ventajas de antenas directivas f 1 f 2 f 3 Simple división de una celda en otras 3? La interferencia ya no es i=2 omnidireccional j=1 J=7 La relación potencia a interferencia se reduce: Disminuye el J mínimo 1 Aproximando, (( ) 1/ n ) 2 p J k r, k = [ 2,3] 3 murillo@esi.us.es 9.84

85 Omnidirecionales Ganancias típicas de Antenas Horizontal Vertical f 1,2,3 Sectoriales: 120º 0 0 f 1 f 2 f db db murillo@esi.us.es 9.85

86 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Otros aspectos: Sectorización Cuando se introduce sectorización, en general, Cada sector es una nueva celda De forma que cada sector es una nueva BTS Pero en las operadoras al emplazamiento con varios sectores se le denomina BTS Esta BTS tiene su propio juego de frecuencias (radiocanales) Al conjunto de sectores agrupados en un mismo poste se le denomina emplazamiento (site en inglés) Así: sector=celda=bts emplazamiento= varios sectores En la figura se representa una configuración 3/9 3 emplazamientos por agrupación Con 3 sectores por emplazamiento, un total de 9 Por facilidad se suelen usar agrupaciones Del tipo 3/9,4/12, De esta forma se aprovechan al máximo los emplazamientos

87 Ejemplo de sectorización 9.87

88 9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Otros aspectos: Sectorización 9.88 Sectorización:

89 Otras tecnologías: Smart/Adaptive Antennas 9.89

90 9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Asignación dinámica de frecuencias En la asignación dinámica de frecuencias, la asignación de radiocanales no es rígida cambia según la necesidad en cada instante: (Dynamic channel allocation, DCA) El principio general: cualquier canal puede ser utilizado en cualquier celda Para optimizar la capacidad Cumpliendo con la relación de protección El problema es complejo Se debe contemplar Seguimiento del estado y localización de cada canal Cálculo/Estimación y localización de las necesidades de tráfico Cada celda debe poder generar todos los canales posibles: sintetizadores murillo@esi.us.es 9.90

91 9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Asignación dinámica de frecuencias: tráfico En un sistema con N canales de tráfico por celda y J celdas por agrupación, con un requisito de pb de congestión p El tráfico que se oferta en la agrupación, sin DCA, es A=J B -1 (N,p) Con DCA el máxima de tráfico que se puede alcanzar A DCA =B -1 (J N,p) > A Recuérdese aquí que J sistemas con N canales ofertan menos tráfico que 1 sistema de J N canales murillo@esi.us.es 9.91

92 9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular: tilt 9.92 Tilt mecánico: inclino la antena hacia el suelo para enfocar el área a cubrir Tilt eléctrico: consigo el mismo efecto cambiando las propiedades eléctricas de las entenas (patrón de radiación)

93 9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Tilt mecánico 9.93

94 9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular: tilt En cualquier caso se reduce la interferencia a las agrupaciones anexas: Se consigue una reducción de J ( ) 2 1 En la relación ( ) 1/ n J r p se asume que la ganancia de la antena 3 interferente es la misma que la de la Tx. Se pueden rehacer los cálculos o utilizar una relación de protección equivalente menos exigente (menor) murillo@esi.us.es 9.94

95 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Diseño 1. Determínese el número de celdas J por racimo (números rómbicos) en función de La interferencia máxima admisible: la relación de protección El modelo de propagación l=k d n Tecnologías: sectorización, tilt, A partir de J se calcula el tráfico ofrecido por celda Para ello se calcula el número de canales disponibles en cada celda y se impone una probabilidad de congestión p 3. Determínese la demanda de tráfico por móvil 4. De igualar la demanda a la oferta se obtiene el número de móviles por celda ó la superficie de celda S c 5. Con este dato es posible dimensionar Área de la celda (a partir de la densidad móviles/km 2 ) ó número de móviles El número de celdas total en una región Número de veces que se repite la agrupación de J celdas: Q Número total de canales ofertados o tráfico total ofertado Q J (N-1),...

96 9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Generalidades Cómo hacer para que un móvil pueda llamar desde cualquier celda?: Radiobúsqueda=Paging 9.96 Cómo hacer para que pueda moverse de una celda a otra sin interrupción? Traspaso=Handover Hard MSC Soft Old BS New BS Cómo localizar y seguir su situación?: Itinerancia=Roaming Necesidad de un sistema de señalización avanzado: canales de control

97 9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Generalidades Un esquema más general de un sistema TMA-PLMN HLR PSTN VLR MSC (MTSO) MSC (MTSO) VLR EIR MS BS MS MS MS BS MS MS BS MS MS PSTN: Public Switched Telephone Network. MSC:Mobile Switching Center. También MTSO (Mobile Telephone Switching Office). BS: Base Station. MS:Mobile Station. También MU (Mobile Unit) o Mobile Host (MH). HLR:Home Location Register. VLR:Visitor Location Register. EIR:Equipment Identify Register. murillo@esi.us.es 9.97

98 9.9 Sistemas de radiotelefonía pública celular: Generalidades Conexión del móvil : Proceso de localización: Se exploran los canales de control de BS s Se sintoniza aquella que llegue con más potencia Se transmite identificación La identificación se almacena en el VLR (Visitor s Location Register) La identificación y localización se almacena en el HLR (Home Location register) Llamada a un móvil Se interroga al HLR: devuelve MSC a donde encaminar la llamada Se avisa al MS (mobile station) en las BS en torno a su localización (Location Area) con un código característico del móvil: paging murillo@esi.us.es 9.98

99 Radiación y Radiocomunicación 4º Ingeniería de Telecomunicación Tema 9 Comunicaciones Móviles Parte III: Sistemas de Telefonía Móvil Privada (PMR) Juan José Murillo Fuentes ATSC. ETSI.Univ Sevilla murillo@esi.us.es 9.99

100 Estructura básica de un sistema PMR Estación Fija Control Estación Base BS PABX PABX Private automatic branch exchanges Estación Móvil La estructura de un sistema PMR es variada Desde comunicación MS a MS sin BS Ejemplo: sistema sin licencia PMR466. Pasando por sistemas analógicos con señalización analógica simple Sin Truncking ni sistemas celulares Ver Tema 5. Hasta complejos sistemas trunking que pueden ser celulares con funcionalidades comparables a los sistemas TMA. MPT1327 TETRA, PMR466

101 9.10 Estructura básica de un sistema PMR: Servicios de un sistema troncal PMR Gracias a potente señalización digital Conexión a centralita privada (PABX) Modalidades de despacho Flotas Subflotas Grupos cerrados de usuarios Diferentes niveles de prioridad Fall-back mode: funcionamiento como sistema convencional (ante fallo) Tx de voz y datos Desviación de llamadas Localización automática Amplia variedad de terminales fijos: fonía, pantallas, teléfonos, impresoras,... murillo@esi.us.es 9.101

102 9.10 Estructura básica de un sistema PMR: Puede ser: Dedicado Variable Si es variable, Canal de Control en sistemas troncales Se dedica también a tráfico de usuarios Si todos canales ocupados Se asigna el canal de control a tráfico El primer canal que quede libre se asigna como canal de control Los móviles accederán a éste tras una búsqueda secuencial Mayor rendimiento en sistemas con Nº de canales N < 12 murillo@esi.us.es 9.102

103 Ejemplo de un sistema Elementos 9.11 Sistemas típicos de PMR BS MS (Conmutación manual) Consola de operación f3 f1 f1 4 Frecuencias f3 3 canales en símplex o semidúplex f2 f2 f4 1 canal en símplex f1 f2 f3 f4 f1 f2 f3 Funcionamiento en Simplex ó Semiduplex (TT) Día: control rígido prohibiendo la conexión móvil-móvil Noche: Servicio sin operador, las BS se pasan a TT (Los móviles se escuchan entre sí) Llamada selectiva (SELCAL) y respuesta automática (acuse de recibo) Interconexión móvil-móvil interzonas: control de conexiones entre BS

104 9.11 Sistemas típicos de PMR: TETRA SAINCO (ABENGOA): Sistema Trunking Digital, TETRA, para CFE (Comisón Federal de Electricidad (México) en Monterey 200 equipos portátiles, 320 móviles, 20 fijos y 3 consolas de control remoto cobertura del 90% Nota: SAINCO es ahora TELVENT murillo@esi.us.es 9.104

105 Radiación y Radiocomunicación 4º Ingeniería de Telecomunicación Tema 9 Comunicaciones Móviles Parte IV: GSM Juan José Murillo Fuentes ATSC. ETSI.Univ Sevilla murillo@esi.us.es 9.105

106 Parte IV: GSM 9.12 Sistema de telefonía móvil digital GSM Introducción Arquitectura Funciones Servicios Canales lógicos Radiocanales y canales físicos mapeado de los canales lógicos Codificación de canal para la voz y entrelazado Retardo compensable Cobertura Señalización: procedimientos de llamada Resumen de parámetros y glosario murillo@esi.us.es 9.106

107 Resumen Habrá que pensar qué estructura es idónea para este sistema Móviles, estaciones base, centrales que agrupen a éstas, Para definir la comunicación entre partes se definen las interfaces Nos interesa en este curso la interfaz aire Entre el móvil y la estación base En GSM, y en cualquier sistema de TMA Hay que ver qué tipos de información nos hace falta para conseguir hablar Ejemplo: voz, señal de petición de llamada, señal de datos, Estos tipos son los canales lógicos. Esta información hay que montarla en unas tramas que finalmente puedan ir por los radiocanales que el sistema provea Estos son los canales físicos. Es de interés ver cómo se pasa de voz al radiocanal Prestando especial atención al régimen binario Se verá también cómo es el proceso de establecimiento de llamada murillo@esi.us.es 9.107

108 9.12 Sistema de Telefonía Móvil Digital GSM: Introducción GSM (Groupe Spéciale Mobile, ) es un conjunto de Recomendaciones del ETSI (European Telecommunications Estándar Institute) sobre una Red Pública Móvil Terrestre (Public Land Mobile Network, PLMN) Panaeuropea. Antecedentes Incompatibilidad sistemas existentes entre países CE Esta situación encarecía: Terminales Explotación Objetivo: desarrollar norma europea de 1 sistema único Para todos los países (CE), con cobertura internacional Con un mercado potencial de millones de usuarios en año 2000 Que pudiera sacar ventaja de la entonces inminente liberalización del mercado de las telecomunicaciones: mayor competencia = menor coste Flexible en cuanto a servicios, coberturas, y tipos de terminales murillo@esi.us.es 9.108

109 9.12 Sistemas de telefonía móvil digital GSM Introducción Requisitos básicos de partida Localización y seguimiento automáticos Nacional e internacional Número de abonado único Gran capacidad de tráfico y utilización de espectro optimizado Mejor calidad de servicio y mejores facilidades Coexistencia con sistemas analógicos en mismos emplazamientos Posibilidad de interconexión a ISDN Servicios no telefónicos Seguridad y confidencialidad Terminales de bolsillo Mayor eficacia baterías Señalización avanzada Coste no mayor murillo@esi.us.es 9.109