Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Eléctrica. Tecnología de voz sobre LTE, un paso hacia el futuro telefónico.

Transcripción

1 Universidad de Costa Rica Facultad de Ingeniería Escuela de Ingeniería Eléctrica IE 0502 Proyecto Eléctrico Tecnología de voz sobre LTE, un paso hacia el futuro telefónico. Por: Luis Alberto Víctor Soto Ciudad Universitaria Rodrigo Facio Noviembre del 2011

2 Tecnología de voz sobre LTE, un paso hacia el futuro telefónico Por: Luis Alberto Víctor Soto 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 Profesor Guía Ing. Martin Espinoza González Profesor lector Ing. Pablo Acuña Quirós Profesor lector ii

3 DEDICATORIA Agradezco en primer lugar a Dios por darme fuerzas para seguir a delante y darme la capacidad de levantarme nuevamente en los momentos difíciles, y en segundo lugar doy infinitas gracias a mis padres por darme ese apoyo incondicional, así bien a mis hermanos, los cuales siempre estuvieron pendientes y apoyándome en lo que necesitaba. iii

4 RECONOCIMIENTOS Agradezco a los ingenieros Jhonny Cascante Ramírez, Martin Espinoza González Pablo Acuña Quirós, por darme la oportunidad de desarrollar el proyecto eléctrico, así bien por el apoyo brindado durante el semestre y recomendaciones dadas que sin duda alguna son de gran valor para mi persona. iv

5 ÍNDICE GENERAL ÍNDICE DE FIGURAS... vi ÍNDICE DE TABLAS... vii NOMENCLATURA...viii RESUMEN... xii CAPÍTULO Introducción Justificación Objetivos Objetivo general Objetivos específicos Metodología CAPÍTULO 2: Fundamentos teóricos Generación Cero (0G) Primera generación (1G) Segunda generación (2G) Segunda generación y media (2.5G) Tercera generación (3G) Tercera generación y media (3.5G) CAPÍTULO 3: Long Term Evolution (LTE) y las soluciones de voz asociadas Qué es y cómo funciona LTE Voz sobre LTE MMTel Conmutación de circuitos fallback SRVCC (Single Radio Voice Call Continuity) VoLGA Skype Comparación de los estándares 3GPP en el desarrollo de las tecnologías de voz sobre LTE Ventajas y desventajas en las Redes 3G y LTE CAPÍTULO 4: Conclusiones y recomendaciones Conclusiones Recomendaciones BIBLIOGRAFÍA v

6 APÉNDICES ANEXOS ÍNDICE DE FIGURAS Figura 2.1 Arquitectura general de la red de telefonía móvil de primera generación...21 Figura 2.2 Arquitectura general de la red de telefonía móvil de segunda generación GSM Figura 2.3 Arquitectura general de la red de telefonía móvil 2.5G GSM/GPRS Figura 2.4 Arquitectura general de la red de telefonía móvil 3G UMTS Figura 3.1 Arquitectura general de la red EPS Figura 3.2 Sistema MMTel Figura 3.3 Arquitectura CS fallback Figura 3.4 a) Arquitectura general SRVCC. b) Arquitectura SRVCC para la transferencia desde E-UTRAN hacia UTRAN/GERAN Figura 3.5 Arquitectura VoLGA Figura 3.6 Solución de voz sobre LTE mediante Skype vi

7 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 3.1 Comparación de las tecnologías del estándar 3GPP implementadas en la solución de voz sobre LTE Tabla 3.2 Generaciones de telefonía móvil Tabla 3.3 Generaciones 3.9G (LTE) y 3G vii

8 NOMENCLATURA AMPS: Advanced Mobile Phone System, Sistema Telefónico Móvil Avanzado. AUC: Authentication Centre, Centro de Autentificación. BSC: Base Station Controller, Controlador de Estación Base. BSS: Base Station Subsystem, Subsistema de Estación Base. BTS: Base Transceiver Station, Estación Base Transceptora. CDMA: Code Division Multiple Access, Acceso Múltiple por División de Código. CS: Circuit Switched, Conmutación de Circuitos. EDGE: Enhanced Data rates for GSM of Evolution, Velocidades de Datos Mejoradas para la evolución de GSM. EIR: Equipment Identity Register, Registro de Identificación del Equipo. EPC: Evolved Packet Core, Núcleo de Paquete Evolucionado. EPS: Enhanced Packet System, Sistema de Paquetes Mejorado. ETSI: European Telecommunications Standards Institute, Instituto de Estándares Europeo de Telecomunicaciones. EV-DO: Evolution-Data Optimized, Evolución de Datos Optimizado. FDD: Frequency Division Duplex, Doble División de Frecuencia. FDMA:Frequency Division Multiple Access, Acceso Múltiple por División de Frecuencia. GPRS: General Packet Radio Service, Servicio General por Radio Paquetes. viii

9 GSM: Global System for Mobile communications, Sistema Global para las Comunicaciones Móviles. HLR: Home Location Register, Registro de Localización Principal. HSCSD: High-Speed Circuit-Switched Data, Circuito de conmutación de Datos de Alta Velocidad. HSPA: High Speed Packet Access, Acceso de Paquetes de Alta Velocidad. HSUPA: High-Speed Uplink Packet Access, Acceso de Paquetes de Datos de enlace ascendente de alta velocidad. IMS: Multimedia Subsystem, Subsistema Multimedia. IMSI: International Mobile Subscriber Identity, Identidad Internacional del Subscriptor Móvil. IMTS: Improved Mobile Telephone System, Sistema Telefónico Móvil Mejorado. IP: Internet Protocol, Protocolo de Internet. LTE: Long Term Evolution, Evolución a Largo Plazo. MIMO: Multiple-input Multiple-output, Múltiples Entradas-Múltiples Salidas. MME: Mobility Management Entity, Entidad de Manejo de Movilidad. MSC: Mobile Switching Centre, Centro de Conmutación Móvil. MTSO: Mobile Telephone Switching Office, Departamento de Conmutación de Telefonía Móvil. NMT: Nordic Mobile Telephone, Telefonía Nórdica Móvil. NNI: Network to Network Interface, Interface Red a Red. ix

10 PHS: Personal Handyphone System, Sistema Personal Handyphone. PoC: Celular Push-To-Talk, Celular Pulsa para Hablar. PS: Packet Switched, Conmutación de Paquetes. PSTN: Public Switched Telephone Network, Red Telefónica Pública Conmutada. QoS: Quality of Service, Calidad de Servicio. SGSN: Serving GPRS Support Node, Nodo Servidor de Soporte GPRS. SIM: Subscriber Identity Module, Módulo de Identidad del Suscriptor. SRVCC: Single Radio Voice Call Continuity, Sistema de Continuidad de Llamada de Voz de Radio Única. SMS: Short Message Service, Servicio de Mensajería Corta. TACS: Total Access Communication System, Sistema de Comunicaciones de Acceso Total. TDMA: Time Division Multiple Access, Acceso Múltiple por División de Tiempo. TRAU: Transcoder and Rate Adaptation Unit, Unidad de Adaptación de Velocidad y Transcodificación. UE: User Equipment, Equipo de Usuario. UMTS: Universal Mobile Telecommunications System, Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles. UNI: User to Network Interface, Interface Usuario a Red. USIM: Universal Subscriber Identity Module, Modulo de Identidad del Suscriptor Móvil Universal. x

11 UTRAN: Terrestrial Radio Access Network, Red de acceso de Radio Terrestre. VANC: VoLGA Access Network Controller, Controlador de Red de Acceso VoLGA. VHF: Very High Frequency, Frecuencia muy Alta. VLR: Visitor Location Register, Registro de Localización de Visitantes. VoIP: Voice over IP, Voz sobre IP. VoLGA: Voice over LTE via Generic Access, Voz sobre LTE a través de Acceso Genérico. W-CDMA: Wideband Code Division Multiple Access, Acceso Múltiple por División de Código de Banda Ancha. Wi-Max: Worldwide Interoperability for Microwave Access, Interoperabilidad Mundial para el Acceso por Microondas. 1G: First Generation of Comunication Mobile Systems, Primera Generación de Sistemas de Comunicación Móvil. 2G: Second Generation of Comunication Mobile Systems, Segunda Generación de Sistemas de Comunicación Móvil. 3G: Third Generation of Comunication Mobile Systems, Tercera Generación de Sistemas de Comunicación Móvil. 4G: Fourth Generation of Comunication Mobile Systems, Cuarta Generación de Sistemas de Comunicación Móvil. 3GPP: 3rd Generation Partnership Project, Asociación de Proyectos de Tercera Generación. 16QAM: Quadrature Amplitude modulation, Modulación en Amplitud de Cuadratura. xi

12 RESUMEN Dado a la creciente demanda por parte de los usuarios en telefonía móvil, se ha logrado una evolución positiva de ésta tecnología haciéndola cada vez mas eficiente, con servicios de mejor calidad y estándares globales, esto ocasionó en el transcurso de los años la evolución de la telefonía móvil desde la generación cero hasta lo que es en la actualidad una generación calificada como 3.9G, que se ha desarrollado a partir de nuevas interfaces que mejoran las velocidades de carga y envío de datos. Esta interface llamada LTE permite lograr que muchos servicios sobre todo de multimedia, adquieran una importancia mayor a la que ya tienen. Dado que este sistema se da en el dominio de conmutación de paquetes, el servicio de voz debe ser basado en protocolos de internet. Su implementación a nivel de mercado inicialmente no será global, por lo tanto se desarrollan ciertas soluciones para brindar el servicio de voz sobre LTE, de las cuales algunas utilizan la infraestructura de las generaciones anteriores en este caso 2G y 3G o agregan una nueva como lo es el subsistema multimedia (IMS). Estas soluciones de voz sobre LTE hacen que muchos operadores tengan la necesidad de invertir grandes sumas de dinero para actualizar sus sistemas de 3G o bien 2G, los usuarios tienen la posibilidad de experimentar varios escenarios en la cual se posee una calidad del servicio de voz parecida a la brindada en la generación 3G o bien una degradación debido a los tiempos de respuesta altos al pasar del dominio de conmutación de paquetes al dominio de conmutación de circuitos, o puede verse afectada la conexión de una llamada debido a la pérdida de cobertura en Internet. La investigación a través de la consulta de diferentes medios publicados, permite concluir que la solución de voz sobre xii

13 LTE mas aceptable para su implementación es CS fallback, a pesar de que presenta algunas desventajas, una vez que LTE se desarrolle en forma más global, ésta solución de voz tomará una mayor ventaja sobre las demás, haciendo posible la trasferencia de PS a CS, soportando simultáneamente ambos dominios (conmutación de paquetes y conmutación de circuitos) y realizando cambios en la infraestructura tanto de LTE como de 3G con un menor costo. Inicialmente la transición de la generación 3G hacia 4G no será tan rápida, pero para los próximos años se verá como su implementación irá en aumento conforme se mejoran o evolucionan ciertos servicios. En el proyecto de investigación se expone las diferentes situaciones de las soluciones de voz sobre LTE y se pretende determinar cuáles de estas permitirán un desarrollo más fuerte en el futuro que permita el beneficio tanto a usuarios y operadoras, así como también las ventajas o desventajas respecto a la red de tercera generación. xiii

14 CAPÍTULO 1 1 Introducción 1.1 Justificación Las telecomunicaciones han tenido un gran crecimiento durante los últimos años. El avance en tecnologías ha permitido el desarrollo de nuevas redes de telefonía móvil, dándose así toda una transición desde tecnologías móviles de generación cero (0G), hasta tecnologías móviles de tercera generación (3G). Long Term Evolution es una evolución hacia la tecnología 4G que pretende mejorar los sistemas actuales de redes basadas en UMTS (Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles) que son parte de 3G. Long Term Evolution (LTE) ofrece alta velocidad de datos de hasta 100 Mbps para aplicaciones de datos. Esta tecnología busca mejorar el espectro, garantizar un servicio más eficiente, globalizar los estándares de telefonía móvil y reducir costos en la prestación de los diferentes servicios. Como contraparte, LTE carece de soporte nativo para el servicio de voz que se basa en el dominio de conmutación de circuitos (CS). El servicio de voz ha sido el principal generador de ingresos para los operadores. Esto introduce el problema de cómo proporcionar llamadas de voz cuando el usuario está en LTE y la forma de asegurar la continuidad de llamadas de voz cuando se mueve fuera de la cobertura de LTE. 14

15 Para contrarrestar ese problema existen en la actualidad diferentes soluciones que permiten realizar llamadas de voz sobre LTE y métodos que garantizan la continuidad de la llamada de voz cuando el usuario se desplaza de LTE a las redes de segunda y tercera generación (2/3G). No solo el servicio de voz se ve afectado si no también el servicio de mensajería de texto (SMS), esto debido a que ambos pertenecen al domino de circuitos conmutados, donde LTE no es compatible con este dominio. Por lo tanto, es importante analizar y estudiar la tecnología LTE enfocándose en las diferentes soluciones necesarias para implementar el servicio de voz así como mensajería de texto, logrando identificar que beneficios o desventajas traerá la transición de 3G hacia 4G a los usuarios y a las operadoras. 1.2 Objetivos Objetivo general Conocer y estudiar el estado del desarrollo de la tecnología voz sobre LTE y su adopción en la tecnología de cuarta generación. 15

16 1.2.2 Objetivos específicos Investigar sobre el desarrollo de las comunicaciones móviles, desde sus inicios hasta la tercera generación. Investigar en qué consiste la tecnología LTE, así como las ventajas y desventajas de su implementación en la actualidad. Investigar sobre las soluciones de voz sobre LTE, que proporcionen una mayor ventaja para los operadores y una mayor satisfacción hacia los usuarios. Identificar los beneficios que ofrece la tecnología de voz sobre LTE y hacer un análisis comparativo con respecto a la tecnología de tercera generación. 1.3 Metodología Consulta en páginas web y libros del desarrollo de las generaciones de telefonía móvil desde la generación cero hasta la cuarta generación. Consulta en artículos publicados en la web y libros del desarrollo de los diferentes estándares que permitieron aumentar las capacidades y eficiencia de la tecnología en la telefonía móvil. 16

17 Búsqueda de información en artículos publicados por la IEEE de la base de datos de la Biblioteca Carlos Monge Alfaro de la Universidad de Costa Rica, consulta en libros, revistas y publicaciones en la web los cuales detallan las ideas más actuales en LTE, así como las innovaciones que se están desarrollando en el mercado para implementar voz sobre dicha tecnología. Elaboración de una tabla comparativa mediante la recopilación de la información obtenida de los diferentes medios consultados, tomando como base las redes de tercera generación y LTE, que incluye un resumen de las características de los sistemas, tecnologías usadas e innovaciones, así como las ventajas y desventajas que conlleva todo este desarrollo de telefonía móvil hacia los usuarios y operadoras. Elaboración del documento escrito. Elaboración de la presentación para la defensa pública del trabajo de investigación desarrollado. 17

18 CAPÍTULO 2: Fundamentos teóricos 2.1 Generación Cero (0G) Los inicios de la telefonía móvil surgen debido a la necesidad de comunicación en aquel entonces de los diferentes servicios públicos de la sociedad, por ejemplo los unidades de taxis utilizaban radios de dos vías para establecer una comunicación entre si o bien establecer comunicación con una base central, las unidades de policía hacían uso de esta herramienta así también las estaciones de bomberos, entre otros, por lo tanto los primeras unidades móviles eran unos radioteléfonos disponibles como un servicio comercial conectado a la red de telefonía fija. [1] Los primeros estándares de esta tecnología son PTT del inglés Push To Talk (pulsa para hablar), Este sistema presentaba una comunicación half-duplex (HDX), que permite una comunicación en ambos direcciones, pero no simultáneamente, dado que ambas transmiten y reciben en la misma frecuencia. En el sistema PTT se utiliza un botón para cambiar del modo receptor de voz al modo trasmisor, todos escuchaban la transmisión del otro y de la controladora, además era necesario turnarse para hablar. PTT también evolucionó y surgió PoC (Pulsa para Hablar sobre Celular), el cual era un servicio de teléfono móvil (ejemplo un walkie-talkie) que le permitía al usuario tener un alcance ilimitado. 18

19 Otro estándar de la generación cero es el Sistema de Telefonía Móvil (MTS), el cual inicialmente contaba con tres canales y que posteriormente se aumentaría a 32 canales a través de varias bandas, este sistema inicialmente fue implantado en Missouri y su funcionamiento era de modo manual, donde un operador del teléfono móvil especial manejaba cada llamada, desde y hacia cada unidad móvil. Además MTS usaba los canales de radio de frecuencia modulada (FM) para establecer enlaces de comunicación, entre los teléfonos móviles y los transceptores de la estación base central, los cuales se enlazaban por medio de las líneas telefónicas de la Red de Telefonía Pública Conmutada (PSTN). Un canal podía asignar a varios suscriptores pero solo uno de ellos lo podía utilizar a la vez. El sistema MTS posteriormente fue sustituido por el Sistema de Telefonía Móvil Mejorado (IMTS), el cual era un sistema de radio que utilizaba las bandas VHF/UHF, vinculadas a las redes de telefonía fija. VHF del inglés Very High Frequency (Frecuencia muy alta) es la banda del espectro electromagnético de 30 MHz a 300 MHz. UHF del inglés Ultra High Frequency (frecuencia ultra alta), es una banda del espectro electromagnético que ocupa el rango de frecuencias de 300 MHz a 3 GHz. El sistema IMTS no tuvo tanto éxito, dado que usaba un transmisor de alta potencia, por lo que era necesario colocar los sistemas IMTS uno muy lejos de otro, con el fin de evitar la interferencia. Un cambio que trajo esta tecnología fue la posibilidad de transmitir y recibir en diferentes bandas de frecuencia, eliminando el sistema utilizado por PTT, dado que no era necesario pulsar un botón para alternar la direccionalidad de la comunicación. El sistema contaba con 13 canales espaciados entre 150 MHz y 450 MHz, muy ineficiente dada la cantidad de 19

20 población de la época, donde se tenía que esperar cierto tiempo para realizar o recibir una llamada, cuando la línea estaba siendo usada por otro suscriptor. Otras tecnologías usadas en esta generación son AMTS (Sistema Avanzado de Telefonía Móvil) empleado en los sistemas móviles de radio japonés operado en la banda de los 900 MHz, OLT (Terrenos Públicos de Telefonía Móvil) y MTD (Sistema de Telefonía Móvil D). [2] Estos primeros sistemas móviles eran colocados en porta maletas o bien en los vehículos, entre sus suscriptores se encontraban celebridades, madereros, supervisores de construcción, agentes de bienes raíces, entre otros [2]. Algunos de estos modelos de la generación cero son el Autoradiopuhelin (ARP), lanzado en 1971 en Finlandia primer país con la primera red comercial de telefonía móvil, donde ya no era necesario un operador humano para enlazar las llamadas. El B-Netz lanzado en 1972 en Alemania convirtiéndose en el segundo país con red comercial de telefonía móvil. 2.2 Primera generación (1G) Los sistemas móviles de primera generación se desarrollaron a finales de los setenta e inicio de los ochenta. Estos correspondían a todos los sistemas analógicos de telefonía móvil donde la transmisión y recepción de datos se basaban sobre un conjunto de ondas de 20

21 radio que cambiaban de modo continuo. Dicho sistema presentaba una cantidad de canales analógicos con un ancho de banda de 30 khz, los cuales estaban distribuidos en una celda con el concepto de reúso de frecuencia para obtener el máximo de capacidad del sistema con la mínima interferencia entre los distintos canales adyacentes. Dado que en la primera generación se tenía un sistema analógico dentro de cada celda (célula) cada canal podía soportar solo un usuario de teléfono móvil a la vez, dicho canal es asignado de manera dinámica y durante la duración de la llamada, por lo que cualquier usuario se le puede asignar cualquier canal, permitiendo el reúso de la frecuencia. Los canales estaban distribuidos en el espectro asignado por los entes de los distintos operadores en cada país. Era una arquitectura simple, poco eficiente y sin calidad de servicio. No consideraba una plataforma de incorporación de servicios. A continuación se presenta en forma general la arquitectura de la telefonía móvil de primera generación. Figura 2.1 Arquitectura general de la red de telefonía móvil de primera generación. [3] 21

22 La arquitectura de la telefonía móvil de primera generación era centralizada, por lo que todo el control de movilidad sobre las distintas estaciones bases se basaba en el Centro de Conmutación Móvil (MSC) denominado así dado que permitía la conmutación y encadenamiento de las llamadas dentro de la propia red o hacia la red fija. En el Registro de Usuarios Locales (HLR) se registran todos los abonados al servicio prestado por el operador. Su función principal es la de tener localizados a todos los abonados, mientras que el Registro de Usuarios Visitantes (VLR) es responsable del almacenamiento y actualización de los datos de los abonados que se encuentran dentro del área de servicio del VLR (todos los abonados móviles son considerados por el MSC/VLR como visitantes). En esta generación los dispositivos utilizados eran relativamente grandes. Dado que estos dispositivos eran analógicos solamente fue posible transmitir voz, el uso de mensajería instantánea no se había alcanzado aún, por lo que esta tecnología era vista como un avance tecnológico que se desarrollaría en un futuro. La técnica de acceso que utilizaba la primera generación se basaba en FDMA/FDD (Frequency Division Multiple Access / Frequency Division Duplex), por lo que el acceso múltiple de división de frecuencia utilizaba dos frecuencias portadoras diferentes para establecer la comunicación TX (Uplink) y RX (Downlink). El enlace ascendente (Uplink) permite la comunicación de la estación móvil (teléfono celular) a una estación base transceptora (BTS) y el enlace descendente (Downlink) es la ruta de transmisión desde la estación base transceptora a la estación móvil. La configuración es rígida e invariante, ya que cada estación base debía de transmitir con la misma frecuencia central o portadora. En FDMA cuando el número de sub 22

23 portadoras aumenta, el ancho de banda asignado a cada una de ellas debe disminuir lo que conlleva a una reducción de la capacidad de las mismas, además cada estación base tenia asignada una ranura de frecuencias, normalmente con un ancho de banda diferente. La calidad de los enlaces era muy baja al igual que su velocidad de conexión, además era un sistema inseguro dado que era fácil escuchar llamadas ajenas con un simple sintonizador de radio, además permitía que muchos se aprovecharan de hacer uso de las frecuencias de los demás cargando el importe de las llamadas a otras personas. El espectro de frecuencia utilizado hacía que la calidad del servicio no fuese el mejor para las diferentes aplicaciones. En la primera generación surgieron diferentes sistemas como el que adaptó Norteamérica llamado AMPS (Advanced Mobile Phone Service), este sistema de servicio de telefonía móvil avanzada contaba con 624 canales de voz y 42 canales de control para el total de 666 canales de un ancho de banda de 30 khz cada uno. Además se tiene otros sistemas como el NMTS (Nordic Mobile Telephone System) en la banda de frecuencia de 450 MHz, que operaba en Dinamarca, Suecia, Noruega y Finlandia. Tanto el AMPS y el NMTS, fueron implantados en el año Otros sistemas como el TACS (Total Access Communications System) surgió en Gran Bretaña basado en el AMPS, pero con mejoras dado que aumentó el número de canales hasta 1000, pero se redujo el ancho de banda de los 30 khz del sistema norteamericano a los 25 khz, este sistema operaba en la banda de los 900 MHz. Así bien se tenia otros estándares como el NTT en Japón, el C-Netz (Radio Telephone Network C) en Alemania o bien el French Radiocom 2000 en Francia. [4] 23

24 La diferencia entre todos estos sistemas hacía que se tuviera incompatibilidad, así por ejemplo una terminal de Norteamérica no podía funcionar en otros países, esto impulsó la creación de un estándar global y la reducción de costos, lo que permitió un nuevo avance en la telefonía móvil pasándose así a una tecnología de segunda generación. 2.3 Segunda generación (2G) Los sistemas móviles de segunda generación se desarrollaron alrededor del año 1990 y se caracterizaron por una digitalización del sistema. Entre los desafíos para este tipo de tecnología fue el digitalizar el acceso al canal de radio para utilizar de una manera más eficiente el espectro radio eléctrico. Este sistema era capaz de transmitir datos a baja velocidad (9.6 Kbps hasta los 14.4 Kbps), permitía la mensajería corta (SMS) vista como una forma simple de transmisión de datos, además era capaz de dar servicios suplementarios un poco más sofisticados, las comunicaciones de voz se realizaban mediante la conmutación de circuitos. En la segunda generación se buscaba la compatibilidad y transparencia de los sistemas dado que no se logró una globalización o estandarización debido a que surgieron distintos sistemas en el mercado. Las redes 2G, en comparación a las redes de primera generación analógicas, permitieron la encriptación digital de las conversaciones. Esta digitalización de las señales 24

25 entre los terminales móviles y las estaciones bases hizo que se aumentara la capacidad del sistema ya que la voz digitalizada es comprimida y multiplexada de manera más efectiva que en la codificación de voz analógica teniéndose así un mayor número de llamadas empaquetadas en el mismo ancho de banda. Se desarrollaron diferentes estándares, pero fueron pocos los que tuvieron gran influencia en le mercado, entre estos se tiene el Digital AMPS (D-AMPS), desarrollado en los Estados Unidos, el cual es compatible con el sistema AMPS de la primera generación, esto permitió la migración de estos operadores de la tecnología analógica a la digital con mayor facilidad. El tipo de modulación que utilizaba D-AMPS era la de acceso múltiple de tiempo dividido (TDMA), en el cual el canal con un ancho de banda de 30 khz es compartido por uno o varios usuarios. TDMA divide un canal simple en una serie sucesiva de espacios de tiempo que pueden ser compartidos por un grupo de usuarios donde cada espacio de tiempo porta una información de un usuario específico. Esto permite aumentar el volumen de los datos que se transmiten simultáneamente. Esta tecnología se usa principalmente en el continente americano, Nueva Zelanda y en la región del Pacífico Asiático. El rango de frecuencias utilizado por 2G coincidió con algunas de las bandas que utilizaban los sistemas 1G. Otro estándar importante fue el Sistema Global para Comunicaciones Móviles (GSM) desarrollado en Europa y aceptado en otros mercados. Este sistema permitió la facilidad de movimiento entre redes para los usuarios a una zona geográfica distinta a la de 25

26 su proveedor (roaming), por lo que no se tuvo mayor inconveniente de trasladarse de un país a otro. El sistema permitió que en la estación móvil se introdujera un elemento como el Modulo de Identidad de Suscriptor (SIM), sin este tipo de tarjeta la estación móvil no está ligada al suscriptor y por tanto no puede ser utilizada para realizar ni recibir llamadas, la SIM es una tarjeta que permite identificarse ante la red, de forma que sea posible cambiar la línea de un terminal a otro simplemente cambiando la tarjeta. Se presenta en forma general la arquitectura de la telefonía móvil de segunda generación GSM. Figura 2.2 Arquitectura general de la red de telefonía móvil de segunda generación GSM [3] 26

27 La arquitectura GSM de segunda generación, presenta una estructura similar a la arquitectura del sistema de primera generación, solo que para la segunda generación se presentan otros elementos importantes. En la figura 2.2, se notan cuatro subsistemas. El subsistema de estación base (BSS) se conforma por el BTS, BSC y por la Unidad de Transcodificación y Adaptación de Velocidad (TRAU), el cual es un elemento que controla la transcodificación de voz, es decir, que es capaz de convertir la voz de un código digital a otro y viceversa. Se tiene también el subsistema de red (NSS), que se encarga del control de las llamadas, conformado por el MSC y por la puerta de enlace del centro de conmutación móvil (GMSC) el cual es el primer nodo que recibe la llamada entrante desde el móvil. El siguiente subsistema es el sistema móvil (SM) el cual presenta un importante elemento, como es el Módulo de Identidad de Suscriptor (SIM). Y finalmente se tiene el subsistema de administración de Red (NMS) que es la parte de la red relacionada con el control y mantenimiento, también necesaria para el control total de la red. El sistema GSM presenta otros módulos importantes como lo son el HLR que cumple la misma función que el sistema de primera generación discutido anteriormente, se tiene además el Centro de Autentificación (AUC) el cual realiza un proceso de autentificación en el que se permitirá o se denegará el acceso al servicio por parte del abonado móvil, esto para evitar el acceso a la red de aquellos abonados ilegales así también para evitar el fraude en la facturación. Otro bloque importante es el Registro de Identificación de Estaciones Móviles (EIR) que es una base de datos donde se almacenan 27

28 los equipos móviles no autorizados para utilizar el sistema. Esta base de datos le consulta a MSC/VLR durante el proceso de autentificación. Otro estándar que resaltó es el Acceso Múltiple por División de Código (CDMA), el cual permite transmitir una señal de radio a través de un rango de frecuencia amplio, utilizando una tecnología de espectro expandido y un esquema especial de codificación. Todas las estaciones transmiten en la misma banda de frecuencias, así se tiene un código para cada transmisor, el receptor capta las señales emitidas por todos los transmisores al mismo tiempo, dado al esquema de codificación (emplea códigos ortogonales entre sí) puede seleccionar la señal de interés si conoce el código empleado. Este sistema soporta servicios de datos mediante la conmutación de circuitos. 2.4 Segunda generación y media (2.5G) Los sistemas móviles de la generación 2.5G, surgieron debido que hubo una mayor necesidad de aumentar la capacidad para la transferencia de datos dado a factores como la mensajería electrónica e internet, por lo tanto se tuvo que realizar ciertas mejoras al sistema inicial (2G). Para el estándar GSM, se dieron modificaciones, las cuales permitieron brindar un servicio móvil general de transmisión de datos por paquetes disponibles llamado Servicio 28

29 General de Paquetes de Radio (GPRS), el cual utiliza conmutación de paquetes, que es un método no orientado a conexión, para esto es necesario dos nodos de servicio específicos en la red móvil uno de ellos es el Nodo de Soporte de Servicio GPRS (SGSN) y Nodo de Soporte de Puerta Enlace de GPRS (GGSN), al utilizar estos dos nodos el sistema móvil MS es capaz de formar conexiones de paquetes conmutadas a través de la red GSM hacia una red de paquetes externa (por ejemplo, Internet y transferencia de datos basados en IP). La transferencia de datos la realiza entre 56 Kbps y 114 Kbps. Los servicios que puede brindar GPRS son más aptos para la conexión de transferencia de paquetes, entre ellos se tiene el Protocolo de Acceso Inalámbrico (WAP), mensajería multimedia (MMS), Internet, mensajería corta. En GPRS la calidad del servicio no es tan eficiente dado que este utiliza los recursos del sistema GSM entre la interfaz MS y BTS y como dicha cantidad de recursos no se pueden determinar anticipadamente, no se puede garantizar un ancho de banda permanente para GPRS y por tanto tampoco la calidad del servicio. A continuación se presenta la arquitectura general del sistema GSM con las mejoras (GPRS). 29

30 Figura 2.3 Arquitectura general de la red de telefonía móvil 2.5G GSM/GPRS [3] Las mejoras consistían en optimizar la codificación del canal, además entre la interface MS y BTS, se utilizaron más canales de tráfico, esto para manejar más datos. A esto se le conoció como Canal de Datos de Alta Velocidad en Conmutación de Circuitos (HSCSD), el cual trajo consigo cambios en los sistemas MS, BSS específicamente en BTS, trajo cambios en BSC, así bien en el subsistema de red NSS en el MSC/VLR y en el centro HLR/AuC/EIR. Esto permitió alcanzar velocidades de hasta 50 Kbps. Con el transcurso del tiempo GPRS fue evolucionando lo que permitió el surgimiento de una nueva tecnología, que serviría de puente entre la tecnología 2.5G y la de tercera generación llamada Tasas de Datos Mejoradas para la Evolución de GSM (EDGE), la cual permite brindar mayores tasas de transmisión de datos dado al aumento de la capacidad de transmisión en la interfaz de radio. Este sistema triplica el rendimiento de las 30

31 redes GSM/GPRS, a través de la utilización de sofisticados métodos de codificación y transmisión de datos logrando tasas de transferencias de hasta 48 Kbps. El tipo de modulación que utiliza esta tecnología es llamada Enclave Octogonal por Corrimiento de Fase (8-PSK) donde un símbolo de la interfaz del aire (interface entre MS y BTS) lleva una combinación de tres bits de información. Dicha codificación de canal y modulación permitió alcanzar tasas de velocidad de hasta 384 Kbps (8x48=384 Kbps) para servicios de conmutación de paquetes y para servicios de conmutación de circuitos. Uno de los beneficios de EDGE sobre GPRS, es poder tener aplicaciones que requieren una velocidad de transferencia de datos, o ancho de banda altos, como video u otros servicios multimedia. Este sistema ni presenta cambios de software ni de hardware, en el núcleo de la red GSM, los cambios se dan en las estaciones bases (BTS) y en el controlador de estación base (BSC). [4] En lo que respecta al sistema CDMA (conocido también como IS-95B) también presentó mejoras, logrando ofrecer velocidades máximas para la transferencia de datos de hasta 64 Kbps, manteniendo compatibilidad con los sistemas anteriores de CDMA (conocido como IS-95A). Al igual que con el sistema GSM en cuanto al manejo de datos esta tecnología permiten tener servicios como SMS y MMS, además de la posibilidad de navegar en internet, manejar correo electrónico y otras actividades que no involucren altas tasas de transferencia de datos que no son soportadas por este estándar. [4] 31

32 2.5 Tercera generación (3G) Dado a la popularidad de la telefonía móvil en los países desarrollados, la cantidad de usuarios que utilizaban este medio de comunicación vino en crecimiento, por lo que se tuvo la necesidad de brindar un servicio más eficiente para voz, servicios multimedia y de transferencias de datos, la cantidad de usuarios ligadas a la telefonía móvil hizo que los sistemas se saturaran rápidamente, haciendo que la transmisión de grandes volúmenes de información a velocidades altas en terminales inalámbricas y la red fija para aplicaciones de video, audio, video conferencias, conexiones a internet fuesen muy ineficientes, por lo tanto se tuvo la necesidad de mejorar y desarrollar nuevas tecnologías que dieron lugar a la tercera generación. Dichas tecnologías vinieron a completar el proceso de globalización de las telefonías móviles, cuyo estándar con mayor aceptación lo es GSM. La tercera generación de telefonía móvil ha permitido brindar servicios que van más allá de la voz, reúne acceso de radio de alta velocidad y servicios basados en IP (Protocolo de Internet). La tercera generación presenta un singular número de significados en diferentes países, así bien se tiene que en Europa dicha tecnología es conocida como el Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles (UMTS) enfocándose en lo impuesto por Instituto Europeo de Estándares de Telecomunicaciones (ETSI), además UMTS es conocido como el sistema especificado por el Proyecto de Asociación 3G (3GPP) integrado por ETSI (Instituto Europeo de Estándares de Telecomunicaciones) en Europa, ARIB 32

33 (Asociación de Industrias y Negocios de Radio) en Japón, CWTS (Grupo de Estándares de Telecomunicaciones Inalámbricas de China) en China, T1 (Comité de Estandarizaciones T1 Telecomunicaciones) en Estados Unidos, TTA (Asociación de Tecnologías de Telecomunicaciones) en Corea y finalmente TTC (Comité de Tecnologías de Telecomunicaciones) en Japón. En Estados Unidos, esta tecnología también se le ha dado un significado de Telecomunicaciones Móviles Internacional 2000 (IMT2000) nombre que viene de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU). También surgió el sistema IS-95C conocido como el Acceso Múltiple por División de Códigos 2000 (CDMA2000), donde su primera fase fue la CDMA2000 1X, el cual es un sistema que trabaja con un canal con un ancho de banda de 1.25 MHz ofreciendo velocidades de 144 Kbps para los sistemas móviles y estacionarios. Surge además una nueva fase llamada CDMA2000 3x cuya portadora presenta un ancho de banda de 3.75 MHz, triplicando el ancho de banda del CDMA2000 1X, ofreciendo una mayor capacidad de datos con una transferencia de 2 Mbps. Finalmente, en esta generación para el estándar CDMA, se logró mejorar aún más el sistema logrando tener transferencia de datos mayores a 2.4 Mbps, dicho sistema de transmisión inalámbrica es llamado CDMA2000 1X EV-DO (Evolución de Datos Optimizado), este tipo de tecnología para maximizar la transmisión de información utiliza técnicas de multiplicación CDMA y TDMA alcanzando tasas de transferencias de datos mayores a EDGE, utilizada en GSM. Uno de los aspectos 33

34 interesantes de esta tecnología es que soporta solo la transmisión de datos por paquete, por lo que no es necesaria la estructura utilizada de conmutación de circuitos para la transmisión de voz, sean estos el MSC, HLR, VLR, entre otros. satelitalmente. La IMT2000 permite conectar varios sistemas de redes, tanto terrestre como El Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles (UMTS) es la evolución de todo el sistema y mejoras dadas en la generación 2.5G de GSM. Esto hace que el sistema UMTS sea compatible con el sistema GSM y por lo tanto capaces de inter operar. Dependiendo de la tecnología de radio utilizada, el subsistema que controla el acceso de radio en banda ancha presenta nombres diferentes, para GSM/EDGE el subsistema es llamado Red de Acceso de Radio GSM EDGE (GERAN). Para UMTS dicho subsistema es llamado UTRAN (Red Terrestre de Acceso de Radio Universal) el cual está conformado por la estación base llamado en esta caso NodoB y un Subsistema de red de Radio (RNS) que consiste en un conjunto de elementos de radio y elementos de control llamado Controlador de Red de Radio (RNC). Los RNS se enlazan entre si a través de una interfaz interna Iur (ver figura 2.4). El tipo de técnica utilizada para la modulación del espectro ensanchado entre el MS y UTRAN es llamado Acceso Múltiple de Banda Ancha por División de Códigos (WCDMA). WCDMA utiliza los canales cuyo ancho de banda es mucho mayor que la de los datos a transferir. Así bien emplea canales de radio con un 34

35 ancho de banda de 5 MHz soportando varias conexiones simultáneas como puede ser una conexión a Internet, una conversación telefónica, videoconferencia, soporta conectividad IP, permitiendo accesos más rápidos en Internet, además ofrece flexibilidad entre los servicios combinando conmutación de paquetes y conmutación de circuitos en el mismo canal con un promedio de velocidad entre 8 Kbps hasta 2 Mbps. [5] La arquitectura general del sistema UMTS para la tercera generación se presenta en la siguiente figura. Figura 2.4 Arquitectura general de la red de telefonía móvil 3G UMTS [3] Describiendo en forma general la figura anterior se tiene que en el sistema UMTS, el bloque de Estrato de acceso contiene los protocolos que controlan las actividades entre el equipo de usuario (UE) y la red de acceso, el estrato de no acceso contiene los protocolos 35

36 que controlan actividades entre el equipo de usuario (UE) y la Red de Núcleo. El UE está conformado por el equipo móvil y por el Módulo de Identidad de Servicio UMTS (USIM). Con respecto a la Red de Núcleo (CN), tiene a cargo los elementos para la conmutación y control de usuarios, está conformado por el dominio de circuitos (CS) y por el domino de paquetes (PS), así bien por los registros (HLR/AuC/EIR) que permite mantener la información estática de suscripción y de seguridad. 2.6 Tercera generación y media (3.5G) Para la tercera generación se dan nuevas mejoras en el sistema, sobretodo en la interfaz WCDMA. Estas mejoras permitieron optimizar la tecnología espectral WCDMA dando origen a la tecnología de Acceso de paquetes de Alta velocidad de enlace descendente (HSDPA) conocida como 3.5G. HSDPA consiste en un nuevo canal compartido en el enlace descendente que mejora significativamente la capacidad máxima de transferencia de información ofreciendo velocidades de hasta 14.4 Mbps y puede alcanzar velocidades de hasta 20 Mbps si utiliza antenas con múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO), lo que permite brindar mejores tiempos de respuesta en aplicaciones en tiempo real como videoconferencia y juegos. El tipo de codificación y modulación utilizada por HSDPA es la modulación de amplitud en cuadratura (16QAM) y codificación variable de errores, que permitió realizar mejoras en el ancho de banda de 5 MHz del canal de bajada de WCDMA con el objetivo de ampliar el ancho de banda. HSDPA es 36

37 compatible con las redes GSM/EDGE y UMTS. Además WCDMA emplea o implementa un nuevo canal llamado Canal Compartido de alta velocidad de enlace descendente (HS- DSCH). Dicho canal es compartido entre todos los usuarios brindando altas velocidades de bajada, mejorando así también el uso del espectro. Nuevamente 3G evolucionó usando la tecnología de Acceso de Paquetes de Alta Velocidad en el Enlace de Subida (HSUPA) que permite alcanzar velocidades de subida de hasta 5.8 Mbps únicamente en 3G. [6] CAPÍTULO 3: Long Term Evolution (LTE) y las soluciones de voz asociadas. 3.1 Qué es y cómo funciona LTE. LTE es una tecnología cuya estandarización está siendo llevada por el grupo de la Asociación de proyectos de Tercera generación (3GPP, 3rd Generation Partnership Project) 1, el cual ha venido trabajando sobre el sistema UMTS en lo que respecta a la interface WCDMA. Existen varias versiones sobre WCDMA, que el grupo 3GPP ha desarrollado en el transcurso de los años, en forma general la versión 99 se presentan las primeras características básicas de WCDMA con velocidades de datos teóricas de hasta 2 1 3GPP: Es una asociación de diferentes organismos de estandarización para el desarrollo y evolución de especificaciones técnicas del sistema UMTS, sobre la interface WCDMA. 37

38 Mbps, esta versión utiliza técnicas de acceso basadas en la División de Frecuencia Doble (FDD, Frequency Division Duplex) y en la División de Tiempo Doble (TDD, Time Division Duplex), en la versión siguiente (release 4) se presenta pocas mejoras en la interface WCDMA, una de ellas es TD-SCDMA, que se basa en el modo TDD para la transmisión ascendente o descendente sobre las diferentes ranuras de tiempo de la misma trama [7]. Posteriormente se presenta la versión cinco con la introducción de un nuevo canal HSDPA que viene a mejorar significativamente las comunicaciones desde la red al usuario. En la versión seis se presenta el canal HSUPA, que de igual forma mejora las velocidades de comunicación pero esta vez desde el usuario a la red. La versión siete mejora las velocidades de comunicación de los canales de enlace ascendente (HSUPA) y de enlace descendente (HSDPA). La versión ocho vista como la primera versión de LTE, se adoptan las novedades realizadas en los canales HSUPA y HSDPA que son usadas como estación base, basada en la planificación con niveles físicos de información, nivel físico de retransmisión y adaptación de enlaces, además se usan las plataformas y diseño WCDMA anteriores sin comprometer el rendimiento, esta versión podrá alcanzar velocidades de descarga de datos de hasta 300 Mbps (enlace de bajada) o bien velocidades para el envío de paquetes de información de hasta 75 Mbps (enlace de subida) ambos con baja latencia, la interconexión con las interfaces GSM, WCDMA y CDMA2000 son posibles en la versión ocho. En lo que respecta a la versión nueve se basa en las bases de la versión ocho, pero añade mas funcionalidades que le permite a los operadores móviles ofrecer servicios más avanzados mejorando la experiencia del usuario, algunos aspectos importantes que se trabajan en esta versión es que los nodos HNB (Home NodoB) y HeNB (Home enodob) 38

39 son desarrollados en pequeñas células UTRA y EUTRAN en áreas como residencias, oficinas y ambientes similares, además se interconectan con 3G y con EPC (Envolved Packet Core) respectivamente en un acceso de banda ancha fija, así bien sus encargados de HNB y HeNB serán capaces de controlar el acceso a los recursos asignados. En lo que respecta a la versión diez especificada por 3GPP en el año 2011 define los mecanismos para el tratamiento prioritario IMS basados en servicios multimedia como voz, video y otros, así bien mecanismos para datos sobre PS, voz sobre CS (para CS fallback) respecto a LTE/EPC, además para terminar la sesión de IMS sobre LTE se especifica un mecanismo de red para detectar y tratar la prioridad de la sesión. En lo que respecta a CS fallback se especifican mecanismos para manejar adecuadamente la finalización de una llamada de voz, así como habilitar el UE para establecer una conexión CS fallback con GERAN, UTRAN y 1xRTT 2. Finalmente en lo que respecta la versión 12 se especifica el uso de casos y requerimientos para la conferencia de telepresencia 3 basadas en IMS como una nueva extensión de los ya existentes servicios de conferencia multimedia IMS donde diferentes tipos de dispositivos móviles y fijos son aplicables. La versión ocho ha conformado la base para el primer conjunto de equipos LTE. LTE es una nueva interface de aire conocida también como EPS (Enhanced Packet System) donde la evolución de la tercera generación ha dado lugar ha esta tecnología, el programa 2 Usada para identificar la versión de la tecnología CDMA2000 que opera en un par de canales de 1,25 MHz, duplica la capacidad de voz sobre las redes IS

40 que permite el desarrollo del núcleo de la red es denominado SAE o bien EPC (Envolved Packet Core). En paralelo al trabajo que se realiza en las correcciones LTE y la optimización de la versión nueve, 3GPP tiene como objetivo proveer una mejora en la capacidad de radio en la forma de un LTE avanzado y la creación de una entrada para el proceso avanzado IMT en el Sector de Normalización de las Radiocomunicaciones (ITU- R), aspectos que se toman en cuenta en la versión diez de 3GPP. El ITU-R fija el desarrollo de la estructura o sistema para la próxima generación de redes inalámbricas, se esperan que estos procesos puedan tener la capacidad de alcanzar velocidades de datos de hasta un 1Gbps. El objetivo de 3GPP con la versión 8 es la introducción de una nueva topología de redes móviles basadas exclusivamente en la conmutación de paquetes, la nueva tecnología LTE sustituye todos los nodos de las redes 2G y 3G con nuevos nodos esto en la parte de acceso de red y en el núcleo de red. En lo que se refiere a la parte de acceso de radio se basa en un sistema UTRAN evolucionado (EUTRAN) y en la parte central de la red es basada en EPC. LTE utiliza para el enlace descendente una modulación de Multiplexación por División de Frecuencia ortogonal (OFDMA) 4, Ortogonal Frequency Division Multiplexing Access) y para el enlace ascendente una modulación de una sola portadora de 3 Los sistemas de telepresencia se componen de una serie de cámaras y pantallas que son dispuestas para proporcionar vistas panorámicas de las habitaciones, con cada cámara captura imágenes de una región de la habitación donde se encuentra. 4 OFDMA permite a múltiples usuarios tener acceso al mismo canal, dicho canal esta conformado por un gran número de subportadoras espaciadas uniformemente, es una técnica de espectro ensanchado que aumenta la eficiencia de las comunicaciones de datos. 40

41 Acceso Múltiple por División de Frecuencia (SC-FDMA, Single Carrier Frequency Division Multiple Access). Para tener un mejor panorama sobre LTE se menciona algunos términos importantes especificados en la industria así como por 3GPP. En lo que respecta a 3GPP el término Sistemas de Paquetes Evolucionado (EPS, Evolved Packet system) es el nombre global del sistema que incluye EUTRAN, EPC y el equipo de usuario, el término UTRAN evolucionado (EUTRAN, Evolved UTRAN) aceza a la parte del sistema, el término Núcleo de Paquetes Evolucionado (EPC, Envolved Packet Core) forma parte de núcleo del sistema. Con respecto a los términos industriales se tiene que la Evolución a Largo Plazo (LTE, Long Term Evolution) se refiere al grupo de todos los nodos enodob que proporcionan o facilitan el acceso de radio de banda ancha a los usuarios finales, el término Evolución de la Arquitectura del Sistema (SAE, System Architecture Evolution) forma parte de la evolución del núcleo para satisfacer las necesidades de LTE, posteriormente el término SAE/LTE se refiere al sistema de paquetes evolucionados donde LTE representa una nueva red de acceso de radio de alta velocidad para los sistemas de comunicaciones móviles y SAE representa una nueva arquitectura del núcleo de red, en el cual el subsistema multimedia IP (IMS) es el responsable de proporcionar la calidad del servicio (QoS, Quality of Service) así como la integración de diferentes servicios. 41

42 En forma general se presenta la arquitectura de la red EPS. Figura 3.1 Arquitectura general de la red EPS [8] En la figura 3.1 se tiene que la Unidad de Manejo de Movilidad (MME, Mobility Management Entity) es la encargada de todas las funciones del plano de control relacionados con los suscriptores y administración de sesiones, en resumen la MME tiene la tarea de manejar los procedimientos de seguridad para la autentificación y cifrado del usuario, así como la integridad de los algoritmos de protección, manejo de la sesión en redes terminales que incluye todos los procedimientos de señalización relacionado a paquetes de datos y además incluye parámetros como lo es calidad de servicio (QoS). 42

43 La puerta de enlace de entrega (SGW, Serving Gateway) desde la perspectiva funcional es el punto de terminación en la interface de los paquetes de datos hacia EUTRAN. Cuando los sistemas móviles se mueven a través de los nodos enodob en EUTRAN SGW tiene la funcionalidad de servir como un enlace o anclaje de movilidad, esto permite que los paquetes se enruten a través de este punto dentro de EUTRAN y otras tecnologías 3GPP como lo son 2G o 3G. La Puerta de Enlace de la Red de Paquetes de Datos (PGW, Packet Data Network Gateway) es el punto de terminación de la interface de los paquetes de datos hacia la red de paquetes de datos. Tiene la funcionalidad de servir como punto de anclaje para aquellas sesiones de red de paquetes de datos externas, PGW también es compatible con diferentes aplicaciones características, y además permite el filtrado de paquetes para la inspección como por ejemplo de firmas de virus. 3.2 Voz sobre LTE. LTE es una evolución de la tecnología 4G, la cual se está haciendo cada vez más popular como la tecnología de última generación que es capaz de manejar velocidades de datos altas. Es el siguiente paso en la evolución de las redes de datos de la comunicación celular que soportará servicios móviles de banda ancha con las tasas de datos pico de 100 Mbps (enlaces bajos) y 50 Mbps (enlaces altos). La principal motivación para LTE ha 43

44 sido los servicios de datos y como resultado este tiene solo el soporte en el dominio de conmutación de paquetes (PS). Tradicionalmente en la segunda y tercera generación la llamada de voz ha estado siempre sobre el dominio de circuitos conmutados (CS), la aplicación de llamadas de voz ha sido la principal atención desde la creación de redes de telefonía móvil, donde la evolución de esta tecnología ha hecho que se incorpore cada vez más el manejo de datos, haciendo que los servicios se vuelvan más populares, los usuarios esperan la voz como un servicio básico prestado por el operador. La falta del dominio CS plantea la cuestión de cómo proporcionar la llamada de voz sobre LTE, y la forma de garantizar la continuidad de la llamada de voz cuando el usuario se desplaza de LTE a las redes 2G o 3G. Existen varias soluciones disponibles en el mercado hoy en día. Es importante decir que las llamadas de voz se iniciaron con los teléfonos fijos usando sistemas de redes telefónicas públicas conmutadas. La tecnología se basó en la red cableada enlazada entre sí con centros de conmutación. Con el avance en tecnología, los sistemas de telecomunicaciones inalámbricas se introdujeron y en lugar de teléfonos fijos se empezó a usar en el sistema de Red de Telefonía Publica Conmutada (PSTN) teléfonos móviles permitiéndole a los usuarios comunicarse mientras están en movimiento. El sistema de telecomunicaciones utiliza el circuito PSTN de la tecnología de conmutación para ofrecer llamadas de voz. Usando tecnología de circuitos conmutados se asegura que todos los recursos de comunicación entre el origen y destino son reservados para la 44

45 duración de la llamada de voz. Esto es una solución cara, pero al mismo tiempo esto es muy eficaz para la comunicación de voz debido a la calidad de servicio (QoS) y la baja latencia en la comunicación, pero esto lleva a un problema de pérdida de recursos para la duración de la llamada. Los sistemas de paquetes alivian este problema al fragmentar la información en paquetes con direcciones para la fuente y destino, una vez obtenida la información de la secuencia de dichos paquetes se pueden unir nuevamente en uno solo al alcanzar el destino. VoIP utiliza la tecnología de conmutación de paquetes para la llamada de voz. El servicio es muy barato en comparación con la tecnología de conmutación de circuitos donde los recursos pueden ser compartidos entre los usuarios, pero todavía las llamadas de circuitos conmutados son preferidos que las llamadas basadas en VoIP. La razón de esto es debido a la fiabilidad para la transferencia de la información con las llamadas CS, las llamadas VoIP se basan en el servicio de la mejor conexión y están sujetos a la pérdida de paquetes durante la congestión. Otra razón es la reutilización de la enorme inversión ya hecha en las redes PSTN. Con el sistema de conmutación de paquetes cada vez más popular para el transporte de datos, el protocolo del Subsistema de Internet Multimedia (IMS) se introdujo para garantizar calidad de servicio de aplicaciones multimedia y la voz. Esto alivia el problema con las llamadas VoIP y asegura que una llamada de voz de calidad puede ser tan buena como las llamadas basadas en la conmutación de circuitos. La parte negativa de IMS es la existencia de una inversión enorme sin ningún beneficio claro, sobre las aplicaciones existentes basadas en Internet. Por lo tanto, las implementaciones 45

46 prácticas de IMS están por ocurrir. Los servicios de voz pueden ser proporcionados de diferentes formas, así se tienen llamadas de voz basados en CS las cuales son más fiables y en las que ya hay una infraestructura enorme en 2G y 3G, o bien mediante el uso de VoIP usando servicios de Skype, que es una opción de bajo costo sin ninguna garantía de QoS o el uso de servicio de voz proporcionados por IMS, que es una alternativa muy costosa. Los primeros sistemas celulares de 2G y 3G son soportados por dominios CS y PS, donde el dominio CS se empieza a utilizar para llamadas de voz y el dominio PS principalmente para servicios de datos. Con la introducción del sistema LTE, que promete velocidades de transmisión de 100 Mbps aproximadamente, los servicios de datos se hizo aún más importante para la transmisión multimedia, video conferencias y radiodifusión. La característica que falta con LTE es que sólo es compatible con el dominio PS y por lo tanto carece de soporte para las llamadas de voz y mensajes cortos (SMS), los cuales están ligados al dominio CS. Servicios de voz y SMS basados en CS han sido los principales generadores de ingresos para operadores de redes y la falta de estos dos aspectos podría ser una gran desventaja tanto para los usuarios y los operadores. Se tienen diferentes soluciones de voz sobre el servicio LTE. Las tecnologías soportadas por el estándar 3GPP son la Telefonía IMS (MMTel), CS fallback y Sistema de 46

47 Continuidad de Llamada de Voz de Radio Única (SRVCC). Las otras soluciones de voz sobre LTE que no se basan en este estándar lo son los servicios basados en internet VoLGA y Skype MMTel MMTel o Telefonía Multimedia es un estándar global para la próxima evolución de la telefonía. Esta basado en el Subsistema Multimedia IP (IMS). MMTel ofrece cobertura fija y móvil, servicios multimedia en tiempo real que permite a los usuarios la comunicación usando voz, video y chat. El usuario puede también compartir archivo de imágenes y video clips fácilmente. [9] MMTel combina calidad, interoperabilidad, eficiencia, servicios suplementarios y de regulación cuya base de comunicación es Internet. El objetivo de MMTel es eliminar eventualmente la telefonía móvil y fija que se basa en la tecnología de conmutación de circuitos, remplazándola con una solución apoyada en protocolos de internet (IP). Como se mencionó anteriormente, la principal característica del estándar MMTel es que el acceso móvil es a partir de IP, lo cual significa que los accesos de las tecnologías móviles que se centran en MMTel se enfocan en accesos del tipo HSPA (Acceso de Paquetes de Alta Velocidad), LTE y EDGE evolucionado, los cuales son todos desarrollados con un eficiente transporte IP. Además desde el primer momento, algunos 47

48 servicios como multimedia y otros suplementarios pueden ser facilitados o entregados ya sea a clientes móviles o fijos. MMTel es un servicio que usa una arquitectura IMS. La arquitectura IMS es una estandarización (nodos, protocolos, interfaces) para el control y la entrega de servicios multimedia que emplean IP para el transporte y un protocolo de iniciación de sesión (SIP, Session Initiation Protocol) para la señalización del servicio. Para que el servicio sea desarrollado en el mercado es necesario que el estándar incluya una interface red a red (NNI, Network to Network Interface) la cual se capaz de soportar la conexión entre operadores, así bien una interface de usuario a red (UNI, User to Network Interface) la cual le permite a los usuarios hacer uso de los servicios. MMTel garantiza el soporte a las llamadas desde una red LTE hacia la PSTN y hacia redes de segunda y tercera generación. En forma general se presenta un esquema en el que se tiene los diferentes bloques que interactúan en le sistema de voz basado en IMS (MMTel). 48

49 Figura 3.2 Sistema MMTel [10] Entre los beneficios que ofrece MMTel al usuario es que ofrece un servicio completo para dispositivos móviles y fijos como lo son multimedia. El objetivo de MMTel es asegurarse como la principal solución de voz. Esto les permite a los operadores consolidar sus redes y reducir los gastos operativos y de capital a largo plazo. La estandarización NNI permite que los operadores se puedan interconectar entre si, creando un mercado global de gran aceptación y rentabilidad. Como MMTel esta pensado para un mercado grande permitirá el desarrollo de dispositivos baratos. El estándar es compatible con otras tecnologías (2G y 3G), esto significa que una llamada VoIP en MMTel puede interconectarse con una red telefónica pública conmutada o bien una llamada de video en MMTel puede interconectarse con una llamada de video en 3G. Mantener la calidad del 49

50 servicio ante rendimientos mínimos de voz y soportar los códec del estándar 3GPP para voz y video es el propósito de MMTel Conmutación de circuitos fallback CS fallback es un concepto que ofrece el servicio en el dominio CS junto con LTE para banda ancha móvil. La solución basada en CS fallback utiliza la infraestructura de las tecnologías de 2G y 3G cada vez que el equipo del usuario (UE) en LTE hace o recibe una llamada, incluso si los servicios de VoIP no estas directamente proporcionados por LTE. Esta función consiste en tres tecnologías, una tecnología para notificar a una terminal móvil en una célula LTE que la solicitud de una llamada esta siendo hecha desde un sistema CS de 3G, una segunda tecnología que habilita una terminal móvil que recibe la llamada solicitada para cambiar el sistema de acceso de radio y una tercer tecnología combinada LTE y 3G que administra la movilidad. El requisito es que la cobertura LTE este siempre con la cobertura de la tecnología 2G o 3G. La arquitectura de CS fallback se muestra en la siguiente figura. 50

51 Figura 3.3 Arquitectura CS fallback [11] Para realizar una llamada utilizando la función CS fallback el dominio CS necesita conocer en que área del registro LTE se encuentra el terminal móvil, para ello la unidad MME debe de correlacionar el control del manejo de movilidad del dominio CS con el núcleo de paquete evolucionado (EPC, Envolved Packet Core) e informar al MSC/VLR que el terminal móvil esta presente en una área de ubicación de registro LTE. El núcleo de red 3G ya incorpora una función para enlazar el manejo de movilidad del dominio CS con el dominio PS. En forma general CS fallback presenta una nueva interfaz, SGs, entre la unidad de manejo de movilidad (MME) de LTE y el centro de conmutación móvil (MSC) en 2G o 3G. El punto de referencia SGs se utiliza para el manejo de la movilidad y para los procedimientos de paginación entre el Sistema de Paquetes Mejorado (EPS) y el dominio 51

52 CS, y es basado en la interfaz denominada en este caso Gs, entre el Nodo de Soporte de Servicio GPRS (SGSN) y MSC. El sistema permite llamadas de entrada y salida, SMS y otros servicios en el dominio CS. Para una llamada originada desde un móvil, el UE solicita a la MME la realización de CS fallback. La MME manda la solicita al enodob para realizar la llamada CS fallback enviándole una señal con mensaje apropiado. El equipo de usuario inicia la llamada de voz, cuyo destino es una red de acceso de radio terrestre universal (UTRAN) o bien una red de acceso de radio GPRS EDGE (GERAN). Mientras que el UE tenga como fuente la tecnología LTE esta puede tener otras conexiones PS en curso, además de la conexión PS de llamadas de voz. Esas conexiones PS son suspendidas o continuadas basadas en la capacidad de la celda (célula). En cualquiera de los casos el usuario experimentará una degradación en la QoS. Para una llamada que termina en un dominio CS, el MSC recibe el mensaje para una llamada entrante y envía una solicitud de paginación a la MME. El MME, a su vez envía la solicitud de paginación al enodeb, quien inicia el procedimiento para la entrega al UE. El UE recibe la llamada después de trasladarse al destino 2G o 3G. El método de CS fallback tiene repercusiones en el UE, el enodob, el MME y el MSC. El UE debe ser capaz de acezar a las redes LTE y al mismo tiempo a las redes 2G o 52

53 3G y debe ser capaz de realizar una conexión combinada EPS/IMSI es decir, conectar la MME a la red LTE, así como la MSC a la red 2G o 3G. El MME requiere además de un mantenimiento que permita asociar la interface SGs de manera correcta con el MSC para la conexión de UE a EPS / IMSI. También se tiene que realizar la paginación cuando el MSC recibe una solicitud de página en la red 2G o 3G. La MME necesita además obtener el número de registro de localización del usuario de la MSC para contactar el UE que esta ligado a la red LTE. Otro punto importante sobre MSC es que este debe de mantener un estado combinado entre el UE y la página del UE sobre la interface SGs, cuando una solicitud de página para una llamada entrante, es recibida por el UE en LTE. CS fallback es un método para proporcionar el servicio de voz sobre LTE combinando el manejo de la movilidad de 3G y el bloque EPC durante el despliegue inicial de LTE, antes de la prestación de servicios de voz como VoIP, por lo tanto CS fallback hace posible el pronto servicio de terminales de voz a través de los servicios LTE sin tener que esperar a la finalización de las facilidades VoIP/IMS y sin tener que esperar que los servicios de LTE sean mas conveniente para los usuarios. Para CS fallback en el futuro presentará mejoras como es el reducir tiempos de conexión o bien mejorar los protocolos de entrega. 53

54 En lo que respecta a las ventajas que presenta CS fallback se tiene que hay facilidades para los operadores, dado que pueden utilizar la infraestructura ya existente de las tecnologías 2G o 3G para realizar una llamada de voz sobre LTE. Servicios basados en la conmutación de circuitos como lo son servicio de mensajería (SMS), localización y llamadas son soportadas. Se puede decir que CS fallback es un paso intermedio antes de implantar sistemas basados en IP, como lo es MMTel, dado que no posee restricciones en la introducción de IMS, además puede ser usado para complementar el roaming MMTel y algunos servicios legados como llamadas de emergencia, SMS y Servicio Suplementario de Datos no Estructurados (USSD, Unstructured Supplementary Service Data) 5. En su contraparte esta solución presenta el inconveniente de que se incrementa el tiempo de llamada, esto se da principalmente a que se debe de realizar la transferencia a las redes 2G o 3G para iniciar o recibir una llamada ocasionando que el usuario experimente una degradación del servicio de voz, cabe destacar que este proceso de trasferencia a las redes 2G o 3G debe ser repetido para cada llamada. Otra desventaja con CS fallback es que cada vez que el usuario inicia o recibe una llamada de voz el UE será transferido al sistema 2G y 3G ocasionando que la calidad del servicio de las conexiones existentes de datos PS se vean degradadas al igual que la voz. Si por ejemplo el sistema GERAN no soporta el dominio PS y CS simultáneamente, se presenta el caso en el cual el servicio de datos durante una llamada no se tendrá, por lo que es necesario actualizar el MSC, esto para el operador 5 USSD es un servicio para el envió de datos a través de móviles GSM, al igual que SMS. 54

55 representaría una desventaja dado al elevado costo y la complejidad de la actualización del MSC SRVCC (Single Radio Voice Call Continuity) Para poder realizar el traspaso a un canal de CS de 2G o 3G, una vez que se sale de la cobertura LTE se puede implementar el sistema de continuidad de llamada de voz de radio única (SRVCC, Single Radio Voice Call Continuity ) que es una característica de red de radio que controla el proceso de traspaso desde el acceso de paquetes (PS) al acceso de circuitos (CS), para llamadas que están ligadas al subsistema multimedia IP (IMS, Multimedia Subsystem) cuando el UE es capaz de transmitir o recibir en una sola de esas redes de acceso a la vez. SRVCC facilita la implementación gradual de la red de acceso LTE dentro de la infraestructura de las redes existentes GERAN/UTRAN, habilitando las transferencias PS a CS entre los dominios E-UTRAN y GERAN/UTRAN. El acceso a la red de la próxima generación basada en la conmutación de paquetes LTE no tendrá una cobertura global, dado que su implementación será en las áreas más densamente pobladas, esto ocasionará que se tengan sectores con dicha cobertura mientras que el resto de la ciudad estará bajo la cobertura por ejemplo de GERAN (redes de acceso GSM) o bien por UTRAN (redes de acceso WCDMA), esto hace notar que la transferencia entre E-UTRAN basado en el dominio de conmutación de paquetes y GERAN/UTRAN basados en el dominio de conmutación de circuitos no es soportado, una solución a este 55

56 problema es el sistema SRVCC que permite habilitar la interoperabilidad entre E-UTRAN y GERAN/UTRAN para las llamadas de voz, obteniendo de esta manera la transferencia de las funciones LTE al domino CS. Una vez que la llamada VoIP es soportada en el sistema LTE, todavía puede haber una necesidad de realizar una transferencia desde LTE VoIP a las redes GSM, WCDMA o CDMA basados en los sistemas de voz de CS, esto cuando se esta fuera de la cobertura LTE. Para implementar esta solución de voz sobre LTE no es necesario que el UE presente la capacidad de trabajar simultáneamente con señales en dos tecnologías de acceso de radio diferentes. En lo que respecta a la selección del dominio o acceso de radio, esta a cargo del control de la red en SRVCC y a cargo del servidor MSC mejorado que es desarrollado dentro del núcleo de red CS. El sistema de continuidad de llamada de voz de radio única (SRVCC) está basado en una solución IMS que incluye actualizaciones del bloque MSC, MME y el UE. Como condiciones importantes para implementar la solución SRVCC es que es necesario que el UE debe de iniciar una llamada de voz usando el IMS en la cobertura LTE y el servidor de aplicaciones usado para la transferencia de sesión IMS debe de estar siendo introducido en la ruta de señalización IMS durante el establecimiento de la sesión de la llamada de voz. 56

57 La solución usa un procedimiento de transferencia para el acceso a la red y un procedimiento de continuidad de sesión en el IMS. El UE le indica su capacidad SRVCC a la MME durante el manejo de la movilidad, en el cual este a su vez activa el procedimiento SRVCC, indicándoselo al enodob. Cada vez que en SRVCC el UE está perdiendo la capacidad de cobertura LTE el enodob la detecta y dispara el procedimiento de trasferencia hacia la MME. La MME soporta una nueva interface Sv hacia el servidor mejorado MSC para SRVCC y envía la solicitud de entrega SRVCC hacia la red de destino 2G o 3G a través del servidor MSC. El servidor MSC actúa como medio de interconexión y prepara el destino para la transferencia correspondiente. Para la realización de una llamada de voz utilizando el sistema SRVCC es necesario que se tengan cambios en el UE con el fin de mantener la llamada CS y además para la señalización de su capacidad SRVCC hacia la red. Además se tiene que el enodob necesita una mejora con el fin de preparar la información adecuada para el destino a la red de acceso de radio y activar la entrega SRVCC. La MME separa la portadora que lleva la voz desde otras portadoras y también las señales del servidor MSC sobre la entrega SRVCC. La arquitectura de SRVCC se muestra en la siguiente figura. 57

58 Figura 3.4 a) Arquitectura general SRVCC. [12] b) Arquitectura SRVCC para la transferencia desde E-UTRAN hacia UTRAN/GERAN. [13] Una de las ventajas que presenta el sistema SRVCC en comparación con los sistemas de circuitos conmutados es que solamente se activa una vez que el UE esta perdiendo la cobertura en LTE, esto se nota sobre todo cuando el usuario experimenta en la calidad del servicio una degradación en la conexión de los datos. Otra de las ventajas 58

59 importantes sobre este sistema es que cada vez más operadores y sobre todo la industria IMS están apoyando la iniciativa SRVCC cuyo objetivo en general es lograr implementar voz y SMS basados en las normas vigentes sobre voz IMS. A esto se le suma además un nuevo apoyo a la solución SRVCC por parte de la red GSMA en la implementación de voz sobre LTE. Ahora bien algunos inconvenientes o desventajas que SRVCC presenta es que es un sistema que se basa en IMS la cual involucra aspectos como lo son costos muy elevados, además de que representa una solución compleja que tomará cierto tiempo en lograr un crecimiento significativo en posicionarse comercialmente VoLGA La voz sobre LTE a través de Acceso Genérico (VoLGA, Voice over LTE via Generic Access) se basa en un concepto en el cual se conectan los ya existentes centros de conmutación móvil a la red LTE a través de una puerta de enlace. VoLGA no presenta el mismo principio de funcionamiento del sistema CS fallback por lo que el tiempo de llamada no se incrementa, esto permite que la calidad del servicio de voz que experimenta el usuario presenta un entorno consistente a 2G o 3G. VoLGA está basado en el estándar de red 3GPP de Acceso Genérico (GAN), cuyo objetivo es extender los servicios móviles a través de una red IP de acceso genérico, de esta forma el estándar GAN extiende la cobertura 3GPP utilizando teléfonos móviles de manera que estos tenga acceso a las red 3G a través de WiFi. GAN pretende lograr esto 59

60 introduciendo una puerta de entrada entre WiFi y la red 3GPP, la cual es capaz de transmitir la señalización entre el terminal y la red 3GPP. Operadoras como T-Mobile en Estados Unidos y Orange en Francia han desplegado el estándar GAN, las cuales son redes de telecomunicaciones móviles que han tenido un gran auge. Para implementar esta solución de voz sobre LTE solamente es necesario realizar cambios en el software en el circuito de entrada de paquetes, no se requieren modificaciones el MSC (núcleo de LTE) ni en los nodos de acceso a la red, esto hace posible su facilidad en su desarrollo y comercialización, VoLGA permite el uso de todos los servicios basados en CS sobre LTE sin la necesidad de modificar la red como lo son los SMS, que es un importante generador de ingresos y además necesarios para informar a los suscriptores sobre las tarifas de voz y datos mientras se está en roaming 6 en otro país. Los cambios en el software son necesarios dado que permiten incluir en el acceso a la tecnología LTE un portador de radio junto con una versión modificada del procedimiento de entrega, otro aspecto importante en VoLGA es que permite una transferencia fluida en las llamadas de voz en curso ya sea en los sistemas GSM o UMTS, cuando se esta fuera de la cobertura LTE. VoLGA esta pensado de manera que se permita una introducción sin problemas en el roaming global LTE, de manera tal de que si se es compatible con la red visitada, todos los servicios pueden ser entregados a través del circuito de entrada de paquetes de VoLGA y en los centros de conmutación móvil de la red visitada. Los 6 Permite a un usuario acceder a los diferentes servicios de telecomunicaciones desde cualquier país en que se encuentre, siempre que exista un acuerdo entre los operadores de dichos países. 60

61 dispositivos móviles requeridos por GAN deben presentar una interfaz de radio ya sea GSM o UMTS y una interfaz de radio WiFi, son dispositivos móviles duales disponibles comercialmente por fabricante como Samsung, Nokia, Sagem, LG, HTC, Motorola, Sony- Ericsson y RIM (Blackberry). El funcionamiento de estos sistemas móviles duales en general una vez que detectan una red WiFi se conectan a dicho punto de acceso y se registran en el núcleo de red GSM o UMTS a través del enlace WiFi y la internet, así bien una entrada GAN conecta al abonado a la infraestructura de red del operador teniéndose las llamadas de voz y otros servicios de conmutación de circuitos transfiriéndose entre el dispositivo móvil y la puerta de enlace sobre el medio WiFi y la red de enlace de acceso a Internet, VoLGA implementa este principio remplazando el acceso a WiFi con LTE. La arquitectura del sistema VoLGA se presenta a continuación: Figura 3.5 Arquitectura VoLGA [14] 61

62 La arquitectura del sistema VoLGA incluye un nuevo elemento denominado Controlador de Acceso de red VoLGA (VANC, VoLGA Access Network Controller), todos los elementos de la red e interfaces ya existen y se vuelven a implementar en la red. La arquitectura VoLGA presenta una interfaz A la cual permite la conexión con la red GSM así bien presenta otra interface lu que permite la conexión del VANC con la red UMTS, se puede tener una analogía de VANC como tener un MSC en lugar de un BSC en una red GSM o bien tener una MSC en lugar de un RNC en un sistema UMTS. Las interfaces se utilizan sin ningún tipo de mejoras, por lo que los MSC no son conscientes de que los móviles no están conectados directamente a través de sus respectivas redes de radio, sino que están conectados a través de LTE. En consecuencia, no se requieren cambios en los nodos de la red para soportar servicios de voz, SMS y otros servicios sobre la red LTE. Una vez que un dispositivo móvil detecte una red LTE, inicialmente este se registra con el MME a través de la red de acceso LTE. La MME utiliza la interface SGa para obtener los datos de identificación del suscriptor los cuales están presentes en HLR/HSS (Home Location Register / Home Subscriber Server), una vez que se ha registrado con la red LTE el UE establece una conexión con el VANC. El controlador de la red de acceso VoLGA se conecta con la red de puerta de enlace de paquete de datos (P- GW, Packet Data Network Gateway) a través de la interface estándar SGi. Tanto la señalización y el tráfico de datos del usuario (es decir los paquetes de voz) se trasportan por esta interface. Desde el núcleo de red LTE, VANC se ve como cualquier otro nodo de base externa IP, así se tiene que los paquetes IP intercambiados entre el dispositivo inalámbrico 62

63 y VANC se enviarán en forma transparente a través del Núcleo de Paquete Evolucionado (EPC, Envolved Packet Core) de la red. En general VANC es el elemento que necesita VoLGA para conectar el Centro de Conmutación Móvil (MSC, Mobile Switching Centre) a la conmutación de paquetes de la red LTE. Entre las ventajas que presenta VoLGA es que habilita otros servicios de conmutación de circuitos desde el primer día sin necesidad de agregar nuevos desarrollos en el sistema, se puede desarrollar muy rápidamente dado a la pila de protocolos ya existentes GAN que pueden ser reutilizados en su mayoría, el único cambio importante en el manejo del software es la entrega, además otras de las ventajas es que este sistema puede ser introducido en un roaming mundial sin problemas. La principal desventaja de VoLGA es que su estandarización no ha sido normalizada todavía. En conclusión VoLGA hace que sea más fácil aprovechar la infraestructura de las redes 2G y 3G existentes para LTE. Esto se da más que todo porque no es necesario modificar el software existente en los nodos de red, por lo tanto VoLGA podría ser uno de los puentes entre las redes 2G y 3G con LTE entre otras soluciones de voz implementadas Skype Skype es una propiedad con aplicaciones de software gratuito, que le permite a los usuarios realizar llamadas a través de Internet. Llamar a otros usuarios en otros países no 63

64 tiene cargo alguno empleando este método, mientras que llamadas con otras líneas de telefonía fija o móvil se hacen pero pagando un precio. Skype además incluye servicios como lo son mensajes cortos, video conferencias y transferencia de archivos. Las terminales habilitadas LTE pueden usar Skype como un cliente descargable para VoIP. Sin embargo Skype no soporta una interfaz estandarizada entre operadores. Dado que inicialmente la cobertura LTE es irregular una llamada en Skype podría involuntariamente desconectarse cuando la transferencia de PS a CS es necesitada. La figura anterior muestra esquemáticamente la solución para voz sobre LTE mediante Skype. Figura 3.6 Solución de voz sobre LTE mediante Skype [13] Skype utiliza la red de telefonía por Internet (VoIP) llamada protocolo Skype. Es un protocolo que no esta a disposición del público y aquellas aplicaciones que lo usan son de código cerrado. La diferencia entre Skype y el estándar de clientes VoIP es que Skype opera en un modelo de punto a punto, más que un modelo usual de servidor cliente. Ofrece 64