Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Eléctrica MEDICIÓN DE LA CALIDAD DEL SERVICIO EN REDES MÓVILES

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1 Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Eléctrica IE 0502 Proyecto Eléctrico MEDICIÓN DE LA CALIDAD DEL SERVICIO EN REDES MÓVILES Por: José Andrés Thuel Gutiérrez Ciudad Universitaria Rodrigo Facio Diciembre del 2007

2 MEDICIÓN DE LA CALIDAD DEL SERVICIO EN REDES MÓVILES Por: José Andrés Thuel Gutiérrez Sometido a la Escuela de Ingeniería Eléctrica de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Costa Rica como requisito parcial para optar por el grado de: BACHILLER EN INGENIERÍA ELÉCTRICA Aprobado por el Tribunal: Ing. Jhonny Cascante Ramírez, Msc. Profesor Guía Ing. Javier Cerdas Fallas Ing. Martín Calderón Vargas Profesor lector Profesor lector DEDICATORIA iiii

3 RECONOCIMIENTOS A Ing. Jhonny Cascante Ramírez, Msc. Por su aporte en este trabajo y por haber tenido la iniciativa de realizarlo. También a Ing. Javier Cerdas Fallas e Ing. Martín Calderón Vargas por su aporte a este trabajo. ÍNDICE GENERAL ÍNDICE DE FIGURAS...iv ÍNDICE DE TABLAS...v NOMENCLATURA...v RESUMEN...ix CAPÍTULO 1: Introducción Justificación Objetivos Objetivo general Objetivos específicos Metodología...6 CAPÍTULO 2: Generalidades sobre redes móviles Redes móviles de primera generación Redes móviles de segunda generación Redes D-AMPS Redes GSM...16 ii

4 Las principales partes que se le agregan a la red GSM para permitir la conmutación de paquetes son: la unidad de control de paquetes (PCU), el nodo de soporte de servicio GPRS y el nodo de soporte GPRS de gateway Redes CDMA Redes móviles de tercera generación...29 CAPÍTULO 3: Conceptos sobre la calidad de servicio en redes móviles Calidad del servicio en redes móviles Parámetros de medida de la calidad Factores que afectan la señal de radio Grado de Servicio Arquitectura de QoS de 3GPP Atributos de QoS Negociación de atributos...47 CAPÍTULO 4: Métodos de medición de la calidad en redes móviles y propuestas de mejoras técnicas Técnicas de medida de la calidad del servicio Sistemas y herramientas de medida de QoS KPIs de voz KPIs de datos Aplicación de las mediciones de QoS Centro de gestión de QoS...60 Conclusiones y recomendaciones...62 BIBLIOGRAFÍA...65 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2.1: Sistema de celdas usado en AMPS, las frecuencias no se reutilizan en celdas adyacentes Figura 2.2: (a) Canal D-AMPS de tres usuarios. (b) Canal D-AMPS de seis usuarios...15 Figura 2.3: Canales usados en GSM, cada trama se divide en ocho ranuras...17 Figura 2.4: Arquitectura GSM iv

5 Figura 2.5: Estructura de las tramas en un sistema GSM Figura 2.6: arquitectura de GPRS y GSM Figura 3.1: Aspectos técnicos y no técnicos relacionados con la calidad del servicio Figura 3.2: ejemplo de diferentes contextos PDP para una misma estación móvil...43 Figura 4.1: Comparación de la calidad de la señal de audio de tres proveedores de servicios GSM en Portugal...49 Figura 4.2: Capacidad de TSL y throughput por celda en función de data erlang...57 Figura 4.3: degradación del retardo en LLC relacionado con el bloqueo de TBF...58 Figura 4.4: Aspectos involucrados en la gestión de QoS ÍNDICE DE TABLAS Tabla 3.1: retardos después de seleccionar en sistemas de segunda generación Tabla 3.2: retardos de respuesta en sistemas de segunda generación...40 Tabla 4.1: valores de RXQUAL correspondientes a BER...52 NOMENCLATURA 5

6 3GPP: Proyecto de Asociación de Tercera Generación. AGCH: Canal de concesión de acceso, tipo de CCCH usado en GSM AMPS: Sistema avanzado de telefonía móvil, sistema de primera generación. AP: Punto de acceso a la red. AuC: Centro de autenticación en arquitectura GSM. BCH: Canales de broadcast en GSM. BCCH: Canal de control de broadcast, tipo de BCH en GSM. BEP: Probabilidad de bits con error. BER: razón de bits con error. BS: Bearer service, portador del servicio. BSC: Controlador de estación base, parte de BSS. BSIC: Código de identificación de la estación base. BSS: Subsistema de estación base, parte de la arquitectura GSM. BTS: Transmisor de estación base, parte de BSS. CCH: Canales de control en GSM. CCCH: Canales de control común usados en GSM. CDMA: Acceso múltiple por división de código, tecnología de segunda generación. CSR: Proporción de llamadas con éxito. D-AMPS: Sistema avanzado de telefonía móvil digital, sistema de segunda generación. DCCH: Canales de control dedicado usados en GSM. DCR: Proporción de llamadas perdidas. EIR: Registro de Identificación de Equipo en arquitectura GSM. vi

7 FACCH: Canales de control asociado rápido, tipo de DCCH usado en GSM. FCCH: Canal de corrección de frecuencia, tipo de BCH en GSM. FER: Proporción de tramas borradas. FN: Número de trama. GGSN: Nodo de soporte GPRS de gateway, arquitectura GPRS. GoS: Grado de servicio. GPRS: Servicios generales de paquetes por radio. GSM: Sistema global para comunicaciones móviles, sistema de segunda generación. HLR: Home location register, parte de la arquitectura GSM. HSR: Proporción de handovers con éxito. IETF: Internet Engineering Task Force. IMSI: Identificación de Subscriptor Móvil Internacional, IMTS: Sistema mejorado de telefonía móvil. IS-136: Estándar D-AMPS. IS-54: Estándar D-AMPS. IS-95: Interim Standard 95, nombre del primer sistema CDMA comercializado por Qualcomm. IP: Protocolo de Internet. ISO: Organización Internacional de Estándares. KPI: Key performance indicador. LLC: Control de link local. MCS-L1: Sistema AMPS en Japón. vi

8 MMS: Sistema de mensajería multimedia para teléfonos móviles. MOS: Calificación media de opinión. MSO: Oficina de conmutación móvil. MSC: Central de conmutación móvil, es lo mismo que MSO. MTSO: Oficina de conmutación telefónica móvil, lo mismo que MSO. NSS: Subsistema de conmutación de red, parte de la arquitectura GSM. PCH: Canal de paging, tipo de CCCH usado en GSM. PDP: Packet Data Protocol. PCU: Unidad de control de paquetes, arquitectura GPRS. PFC: Contexto de flujo de paquetes. PSTN: Red telefónica publica conmutada. QoS: Calidad de servicio. RACH: Canal de acceso aleatorio, tipo de CCCH usado en GSM. RLC: Control del enlace de radio. SACCH: Canales de control asociado lento, tipo de DCCH usado en GSM. SCH: Canal de sincronización, tipo de BCH en GSM. SDCCH: Canal de control dedicado Stand-alone, tipo de DCCH usado en GSM. SDU: Unidad de datos del sistema. SGSN: Nodo de soporte GPRS en servicio. SIM: Subscriber Identify Module, permite la identificación de los usuarios en GSM. TACS: Nombre del sistema AMPS en Inglaterra. TBF: Flujo de bloque temporal. vi

9 TCH: Canales de tráfico en GSM. TDMA: Acceso múltiple por división en el tiempo. TSL: Timeslots. UIT: Unión Internacional de Telecomunicaciones. UMTS: Sistema universal de telecomunicaciones móviles, tecnología de tercera generación. VLR: Visitor location register, parte de la arquitectura de GSM. WAP: Protocolo de aplicación wireless, permite el acceso a Internet desde un teléfono móvil. RESUMEN En esta investigación se recompiló información relacionada con las redes de comunicaciones móviles, centrándose específicamente en lo relacionado con los aspectos técnicos que se ven involucrados en la calidad del servicio. El objetivo general con que se partió es elaborar una propuesta para la medición de la calidad de servicio en redes móviles y determinar sus beneficios. Primero se introducen los conceptos generales se relacionan con las redes móviles, repasando su historia, las principales tecnologías que existen en la actualidad y las tecnologías de tercera generación que están en desarrollo. Se explica también que es el concepto de calidad de servicio, los aspectos que están involucrados en él, como los parámetros importantes, factores que afectan la señal de radio y el concepto de grado de servicio. Esta parte se basó en las recomendaciones de la UIT-T ix

10 relacionadas con QoS, así como en definiciones dados por el Proyecto de Asociación de Tercera Generación para la arquitectura de QoS en GSM y GPRS. En la parte final de este trabajo se comenta sobre técnicas de medición de QoS, las principales variables para medir el funcionamiento de la red (KPIs) y los beneficios de dichas mediciones.. Finalmente, se llegó a la conclusión de que la principal ventaja de las mediciones de QoS es que le dan al proveedor una idea clara de cómo es que debe administrar su red y en que partes la debe mejorar. Se recomienda complementar este estudio con una investigación de los aspectos no técnicos de la calidad del servicio y también con un estudio metrológico de las mediciones de QoS. x

11 CAPÍTULO 1: Introducción 1.1 Justificación Las redes móviles son, en la actualidad, una de las formas de comunicación más usadas en todo el mundo. Su popularidad se debe a la gran facilidad y comodidad con que los usuarios de este sistema disponen. La opción de comunicarse desde diferentes puntos, estando incluso en movimiento constante, es un extraordinario aporte que la tecnología le ha dado al ser humano. El concepto de red móvil se empezó a manejar con la introducción de los teléfonos inalámbricos al mercado, específicamente de los teléfonos celulares (conocidos también como teléfonos móviles). El primer sistema telefónico móvil fue diseñado por la compañía AT & T en Estados Unidos, y era un sistema puramente analógico de transmisión de voz. El desarrollo de los sistemas digitales introdujo cambios al sistema telefónico móvil, de forma que se pasó a un sistema de comunicación digital. Estos sistemas cuentan con la ventaja de que permiten el uso de técnicas avanzadas de codificación y compresión, lo que permite un mejor aprovechamiento del espectro de frecuencias disponible. Además, permiten la integración de muchos servicios adicionales al tráfico de voz, gracias a la capacidad de transmitir datos con la que ahora se cuenta. En total la telefonía celular ha pasado por tres generaciones distintas desde sus inicios. A grandes rasgos estas son las principales características de cada una: 1 Primera generación: Transmisión de voz analógica. 2 Segunda generación: Transmisión de voz digital. 11

12 2 3 Tercera generación: Transmisión de voz y datos digitales. Además del mejoramiento que la tecnología ha introducido para la comunicación, también cabe destacar el hecho de que se ha logrado la fabricación de componentes cada vez más pequeños. Esto ha hecho que los fabricantes sean capaces de diseñar teléfonos más pequeños, más cómodos, con mayor capacidad y más atractivos para el público lo cual, sumado a las grandes facilidades que brindan los teléfonos celulares, ha propiciado más que una revolución tecnológica una revolución cultural. Las comunicaciones digitales a grandes velocidades, Internet y la telefonía celular se han convertido en símbolos de la sociedad moderna. Los teléfonos celulares son ahora accesibles a todo tipo de personas, sin importar nacionalidad, edad o género. Evidencia de esto es que compañías como Motorola, Nokia y Ericsson se preocupan de que sus productos no solo sean altamente novedosos desde el punto vista técnico sino que además sean atractivos al consumidor. Se fabrican teléfonos de diferentes formas, colores y aplicaciones con el objetivo de que la compañía pueda atraer a un sin número de consumidores de diferentes gustos. Se han integrado también a los aparatos muchas aplicaciones como cámaras digitales, reproductores de MP3 y video, calendarios, juegos, agendas personales y conectividad a Internet que hacen de ellos instrumentos cada vez más importantes en la vida de las personas. Todo lo mencionado anteriormente es solo una muestra del enorme alcance de las comunicaciones móviles en la sociedad moderna y nos deja evidencia de que estas son un gran negocio para las compañías que brindan este tipo de servicios. Partiendo de esto es que resulta sumamente importante el estudio de la calidad del servicio (QoS) que se le da a los consumidores, ya que a fin de cuentas son estos últimos de quienes dependen las redes móviles. Es muy importante que la empresa de comunicaciones esté en

13 3 capacidad de dar un servicio que sea confiable, eficiente, cómodo para el usuario y de última tecnología. Como se explicará más adelante, QoS es un término muy amplio, que incluye tanto conceptos técnicos como no técnicos. Los primeros están ligados al funcionamiento de la red y de la estación móvil, mientras que los segundos se relacionan con la atención al cliente antes y después de que se le vende el servicio. En esta investigación se tratarán exclusivamente los aspectos técnicos, particularmente aquellos vinculados con el funcionamiento de la red. Para entender QoS desde este punto de vista es importante que se tenga un concepto muy claro de las partes constructivas de la red, su alcance y su funcionamiento tanto a nivel interno como externo. No solo es necesario saber cómo se logra establecer la comunicación entre el cliente y las centrales de la red móvil, sino que también es importante conocer cómo se interactúa con otras redes, como por ejemplo la red telefónica fija y con Internet. Se debe tener además una comprensión clara de cuales son los términos y conceptos usados para definir la calidad del servicio en redes móviles. Esto para que así se esté en capacidad de analizar y evaluar los problemas relacionados con la calidad del servicio y tener los medios necesarios para tomar decisiones en aras de su mejoramiento. Se debe destacar del mismo modo, la importancia de tener un conocimiento amplio de cuáles son los parámetros del sistema que es necesario medir y controlar, para que la compañía proveedora pueda garantizar a sus clientes una gestión adecuada del servicio que ellos reciben. Se debe saber también cuáles son los requisitos básicos que se debe tener para poder realizar las mediciones adecuadas. Resulta además de particular interés estudiar las redes móviles más allá de la transmisión de audio. Se debe tener claro que este es un concepto desactualizado, ya que hoy en día se pretende que las redes de telecomunicaciones sean capaces de transmitir todo tipo de datos a grandes distancia y a velocidades nunca antes concebidas.

14 4 Se habla hoy de la transmisión integrada de datos, audio y video, lo que sin duda alguna traerá nuevos retos para los sistemas de comunicación celular. Es cierto que el concepto de teléfono móvil no dejará de existir, sin embargo este pasará a ser apenas una de las aplicaciones que se pretenden para las redes móviles del futuro. Por tanto, esta nueva visión se debe aplicar al estudio de la gestión de la calidad del servicio, logrando así una concepción más moderna de estas redes. Se puede trazar una analogía entre las redes móviles y las redes de telefonía fija que en el pasado se usaron por las compañías telefónicas para que sus clientes hicieran llamadas y que hoy en día, además de eso, se usan para permitir el acceso a Internet a altas velocidades. La evolución de las redes móviles parece ir por un camino similar a este y esto sin duda tendrá un gran impacto sobre la medición y la gestión de la calidad de los servicios que se les ofrece a los clientes. En la transmisión de datos, por ejemplo, se necesita una menor razón de bits con errores que la que se necesita para voz para que el servicio sea aceptable, por lo que es necesario que el administrador del sistema pueda garantizarle esto al usuario. Es claro que esto sólo se puede lograr mediante una adecuada gestión de la red, lo que implica que se tenga conocimiento pleno del sistema y de cómo garantizar la calidad del servicio. Se entiende gestión de la calidad del servicio como la capacidad de administrar el sistema de forma adecuada, tomar las decisiones necesarias para diagnosticar y corregir problemas y tener la capacidad de llevarlas a la práctica. Así, la compañía que administra la red puede estar segura que tiene los fundamentos necesarios para asegurar a sus clientes la buena operación de su sistema. En este trabajo se pretende dar una descripción clara y concisa de todos los temas antes señalados con el objetivo de brindarle al lector un mejor entendimiento del funcionamiento de los sistemas de comunicaciones móviles modernos y principalmente cómo es que se

15 logra mejorar, medir, garantizar y gestionar la calidad del servicio que se le da a los consumidores. 5 Vale la pena resaltar lo que ya se mencionó anteriormente: la importancia de esta investigación es que se pretende brindar capacidad de comprensión, análisis y evaluación de problemas relacionados con la calidad de servicio en redes móviles. De esta forma se podrán extraer las conclusiones necesarias, aplicando conceptos de última generación, para que la empresa que administra la red intervenga en caso de problemas (ya sea de forma remota o en el sitio necesario) y mantenga en óptimas condiciones su servicio. 1.2 Objetivos Objetivo general Elaborar una propuesta para la medición de la calidad de servicio en redes móviles y determinar sus beneficios Objetivos específicos Estudiar las partes constitutivas y el funcionamiento de una red móvil. Conocer los conceptos fundamentales sobre calidad de servicio en redes móviles. Investigar los factores que afectan la calidad de la señal de radio. Conocer los parámetros de la calidad de servicio en redes móviles. Estudiar los principales métodos de medición de la calidad en redes móviles. Determinar los beneficios de la medida de calidad en redes móviles.

16 6 1.3 Metodología La siguiente es la metodología que se seguirá para la elaboración de este trabajo: Investigación bibliográfica sobre las generalidades de una red móvil, sus partes constructivas, la arquitectura básica de la red, medios de transmisión usados y manejo de la red. Para esto se consultarán diferentes libros, así como artículos en revistas e Internet. Investigación bibliográfica sobre los conceptos básicos en la calidad del servicio en redes móviles, así como de los métodos de gestión de la calidad de dicho servicio. Se tomará información de libros e Internet. Además se dispone las recomendaciones UIT-T relacionadas con calidad de servicio y el Manual de Calidad de la UIT. A partir de estos puntos básicos, y con la ayuda de publicaciones más especializadas se pretende identificar los requerimientos básicos para la medición y la gestión de la calidad del servicio en redes móviles. Finalmente, con la ayuda de toda la información recopilada, se elaborará una propuesta para la medición y la gestión de la calidad del servicio en redes móviles. Se pretende de esta forma generar una serie de criterios y lineamientos básicos de gestión que permitan mejorar la calidad del servicio que se le ofrece a los usuarios.

17 7 Toda esta información se incorporará en un documento escrito, donde el lector podrá consultar los puntos que se mencionaron. Además, se hará una presentación oral de esta investigación en la que se resaltarán los puntos claves de esta.

18 CAPÍTULO 2: Generalidades sobre redes móviles En este capítulo se explican los conceptos generales de las redes de telefonía móvil, haciendo un breve repaso de cómo estas se han desarrollado y cómo han llegado a adquirir la importancia que tienen hoy en día. Además, se explica el funcionamiento de los diferentes tipos de redes móviles que se han usado, se usan y se usarán, pasando por las tres generaciones de telefonía móvil que se han desarrollado. Es importante entender el funcionamiento de redes analógicas (primera generación) como AMPS, ya que parte del diseño de las redes digitales actuales se basan en estas y muchas de las innovaciones que estas introdujeron todavía se aplican. Se comenta también acerca de las redes de telefonía móvil que existen actualmente en Costa Rica, para poder introducir en los capítulos posteriores los conceptos de calidad de servicio y gestión en estas redes. Se le da particular importancia a las redes GSM, ya que estas son el tipo de red móvil más usado en el mundo y en Costa Rica para telefonía celular. 2.1 Redes móviles de primera generación La primera red de telefonía móvil se construyó en la ciudad de Saint Louis en Estados Unidos en Los teléfonos se instalaban en los automóviles de los usuarios que se comunicaban por medio de un transmisor grande que se instalaba en el techo de un edificio. 88

19 Este sistema usaba un solo canal para transmitir y para recibir, por lo que no se podía hablar y escuchar al mismo tiempo. 9 En la década de 1960 apareció el Sistema Mejorado de Telefonía Móvil (IMTS por sus siglas en inglés), que al igual que el primer sistema usaba un transmisor de alta potencia. Lo novedoso de este sistema es que usaba dos frecuencias distintas para transmitir y para recibir, por lo que ahora si se podía transmitir y recibir al mismo tiempo. A pesar de esta mejoría introducida el sistema aún no era muy práctico ya que tenía una capacidad muy limitada, por lo que los usuarios muchas veces tenían que esperar mucho tiempo antes de poder hacer sus llamadas. Se usaban 23 canales dispersos desde 150 hasta 450 MHz. Tampoco se manejaba el concepto de hand-off explicado m En 1982 se dio una nueva revolución en la telefonía móvil gracias al Sistema Avanzado de Telefonía Móvil (AMPS), inventado por los Laboratorios Bell. Este sistema se instaló en Estados Unidos, pero se usó también en Inglaterra bajo el nombre TACS y en Japón con el nombre MCS-L1. La importancia de este sistema es que se empezó a usar el concepto de celdas, que se sigue usando en la actualidad y es la razón por la cual a los teléfonos móviles se les conoce también como teléfonos celulares. La idea general es dividir la zona geográfica a la que se

20 10 le quiere dar cobertura en celdas de 10 ó 20 km (los sistemas digitales usan celdas más pequeñas). Cada una de estas celdas utiliza un conjunto de frecuencias que no usan sus celdas vecinas, para evitar la interferencia entre teléfonos que están en celdas contiguas. La gran ventaja que el sistema AMPS ofrece es que tiene mucha mayor capacidad de usuarios que los anteriores. Esto se debe a que se pueden reutilizar las frecuencias de transmisión en celdas cercanas pero no adyacentes. Por lo que se pueden tener varios usuarios usando las mismas frecuencias al mismo tiempo sin que haya interferencia entre ellos. Entre más pequeñas sean las celdas mayor es la reutilización de frecuencias que se puede hacer sobre la zona geográfica entera, por lo que se pueden agregar más usuarios al sistema. Por ejemplo si se tiene un sistema AMPS que da cobertura a un área de 100 km de radio, dividido en 100 celdas de 10 km de radio se podrían tener de forma que se pueda tener hasta 10 llamadas en las mismas frecuencias. Con un sistema IMTS en la misma área sólo se podría tener una llamada por frecuencia. La figura 2.1 muestra un esquema de las celdas usadas en AMPS, las celdas que están marcadas con una misma letra utilizan el mismo conjunto de frecuencias. Se puede ver que en celdas continuas no se usan las mismas frecuencias, de forma de se evite que una estación base interfiera con las estaciones de otras celdas.

21 11 Figura 2.1: Sistema de celdas usado en AMPS, las frecuencias no se reutilizan en celdas adyacentes. [3] La otra ventaja que introduce el diseño en celdas es que al ser estas pequeñas se reduce la potencia necesaria en los transmisores, lo que permitió reducir el tamaño de los dispositivos y hacerlos más económicos. Por ejemplo, los teléfonos celulares de bolsillo tienen una salida de 0,6 W en comparación con los 3 W que se necesitaban para los teléfonos en los automóviles. En cada celda se tiene una estación base que se encarga de transmitir a todos los teléfonos que se encuentran dentro de ella. A estas estaciones se les conoce también como BSS (subsistema de estación base) y se dividen en el Transmisor de Estación Base (BTS) y el Controlador de la Estación Base (BSC).

22 12 Cada estación base o BSS se conectan a una Oficina de de Conmutación de Telefonía Móvil (MTSO o MSO), que son esencialmente centrales para teléfonos móviles (cada MTSO se conecta con al menos una central corriente). La central telefónica es el lugar donde se encuentra el equipo de conmutación de circuitos y los demás equipos necesarios para que se puedan hacer llamadas de un abonado a otro. El funcionamiento de estas centrales se explicará más adelante, de forma más detallada, para el caso de las redes GSM. Un problema que presenta la telefonía celular es que debido al tamaño de las celdas es muy probable que un usuario se traslade de una celda a otra mientras el teléfono está en uso. Cuando se cambia de celda el teléfono no puede seguir usando las mismas frecuencias que usaba antes para comunicarse con la nueva estación base, ya que en celdas adyacentes no se usan las mismas frecuencias. Por lo tanto se le deben asignar nuevas frecuencias al teléfono móvil, así como una nueva estación base A este proceso se le conoce como cell handoff o handover y tarda aproximadamente 300 mseg. Cuando la estación base detecta que la potencia de la señal que recibe del celular baja mucho (porque este está saliendo de su área de cobertura) pregunta a las estaciones de las celdas adyacentes cuánta potencia reciben de este teléfono. La estación que recibe la señal más fuerte es la estación de la celda en la que ahora se encuentra el teléfono. Ahora se le indica al celular cual es su nueva estación base y cual es el nuevo canal que la MTSO le asignó para comunicarse con ella. Si el teléfono está en uso al momento en que se da este

23 proceso la llamada se pierde a menos que se puedan sintonizar dos frecuencias al mismo tiempo. Esto no se podía hacer con teléfonos de primera ni de segunda generación. 13 En telefonía móvil basada en el sistema AMPS se usan 832 canales duplex (transmitir y recibir al mismo tiempo), que se componen de un par de canales simplex: uno para transmitir y uno para recibir, cada uno con 30 khz de ancho de banda. Los 832 canales de transmisión van de 824 hasta 849 MHz, mientras que los canales de recepción van desde 869 hasta 894 MHz. Cada teléfono tiene un número de serie de 32 bits y un número telefónico cuyo tamaño depende del plan de numeración que se use, y en el cual los primeros tres son el código de área. Al encenderse el teléfono le transmite estos números a la estación base, que luego le avisa a la MTSO de la existencia y la ubicación del usuario. Para hacer llamadas el teléfono transmite a la estación base su número de identidad y el número de teléfono al que desea llamar. La MTSO busca un canal desocupado y le envía de regreso al teléfono el número del canal de voz al que este debe conectarse. Para las llamadas entrantes la MTSO recibe la solicitud de llamada y envía un paquete a la estación base. Esta pregunta por el teléfono, que en todo momento está censando el canal de aviso y le responde a la estación. Al confirmarse la ubicación del móvil la base le indica a cual canal de voz debe conectarse para recibir la llamada.

24 Redes móviles de segunda generación La diferencia entre la telefonía de segunda generación con la primera es que esta transmite voz de forma digital y no analógica. En la actualidad hay cuatro sistemas diferentes de telefonía móvil digital en uso: D-AMPS, GSM, CDMA y PCD (sistema japonés) Redes D-AMPS El sistema D-AMPS es el sistema de segunda generación basado en AMPS y que se diseñó de forma que ambos sistemas pudieran coexistir, con la diferencia de que D-AMPS es digital. Además se le conoce también como TDMA (acceso múltiple por división en el tiempo), sin embargo este nombre no es el apropiado y puede generar confusiones pues TDMA se refiere a la multiplexación en el tiempo y es usada también en GSM. Otros nombres con los que se le llama comúnmente a este sistema son IS-54 ó IS-136 que son los nombres de los estándares existentes para D-AMPS. D-AMPS usa canales de 30 khz y a las mismas frecuencias, lo que hace que teléfonos de ambos tipos pueden funcionar en la misma estación base, de hecho la MTSO es la que decide cuales canales son digitales y cuales analógicos. Luego se usó también la banda de frecuencias de 1850 a 1910 MHz para poder suplir la demanda creciente de usuarios. En este tipo de teléfonos la señal de voz se que se captura se digitaliza y se comprime. La compresión de la voz se hace en el teléfono, por lo que se pueden enviar menos bits de

25 15 datos a la estación base. La ventaja que ofrece la digitalización y la compresión en el sistema D-AMPS es que se puede hacer que hasta tres o incluso seis usuarios usen el mismo canal duplex de voz al mismo tiempo, por medio de la multiplexación en el dominio del tiempo. Este sistema funciona con tramas de 40 mseg cada una, por lo que en cada frecuencia se pueden manejar 25 tramas/seg. Además estas tramas se dividen en seis ranuras de 6,67 mseg cada una en las que se envían 324 bits: 64 de control, 101 de corrección de errores y 159 bits de datos de voz. La figura 2.2 muestra una representación de las tramas usadas en el sistema D-AMPS. Figura 2.2: (a) Canal D-AMPS de tres usuarios. (b) Canal D-AMPS de seis usuarios. [3] Este sistema es usado principalmente en Estados Unidos, sin embargo es importante porque todavía se usa también en Costa Rica. Las primeras líneas celulares digitales que se introdujeron al país usan esta tecnología y todavía son comunes, a pesar de que poco a poco han sido reemplazadas por las líneas GSM.

26 Redes GSM El sistema GSM (Sistema Global para Comunicaciones Móviles) fue desarrollado en Europa y se encuentra en mucho más lugares del mundo que el sistema D-AMPS. En general ambos sistemas tienen muchas similitudes, por ejemplo ambos usan un esquema de celdas similar al usado en AMPS, ambos dividen el espectro disponible en diferentes canales de transmisión por medio de multiplexación en frecuencia y ambos usan la multiplexación en el dominio del tiempo para que varios usuarios compartan el mismo canal de datos. La diferencia significativa que tiene GSM con respecto a D-AMPS es que los canales tienen un ancho de banda de 200 khz, a diferencia de los 30 khz que usa D-AMPS. Además GSM usa, en términos relativos, menos usuarios pues cada canal lo comparten hasta 8 clientes. La ventaja que esto ofrece es que se permite una tasa de datos mucho más grande por persona, pues si bien es cierto que el canal se comparte con más personas que en D-AMPS en este caso el ancho de banda es mucho mayor. GSM funciona con 124 pares de canales simplex, cada uno de 200 khz y maneja ocho diferentes conexiones. A cada teléfono se le asigna un canal para recepción y otro para transmisión, donde el canal por el cual el móvil recibe los datos usa una frecuencia de 55 MHz superior a la frecuencia de transmisión. La figura 2.3 muestra los canales GSM en la

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