REDES MOVILES. CEDEHP Profesor: Agustín Solís M. GSM (2G)

Transcripción

1 GSM (2G) REDES MOVILES GSM o Global System for Mobile communications proveniente en un principio de Groupe Special Mobile es el estándar más popular y extendido para teléfonos móviles en todo el mundo. Se comenzó a trabajar en él en la década de los 80 no siendo hasta 1991 cuando la primera red GSM fue lanzada, concretamente en Finlandia. Su promotor, la Asociación GSM, estima que el 82% del mercado global de teléfonos móviles lo emplea. Precisamente su ubicuidad hace que el roaming6 internacional sea muy común entre los operadores de móviles, permitiendo a los usuarios suscritos a sus servicios emplear sus teléfonos en muchas partes del mundo. Los operadores móviles también se han visto favorecidos por esta implantación tan grande ya que les ha permitido elegir su equipamiento entre multitud de fabricantes de todo el mundo que emplean GSM en sus dispositivos. Figura 1-6. Logotipo GSM GSM difiere de sus predecesores en que ambos canales, tanto el de señalización como el de voz, son en esta ocasión digitales. Por ello se considera a GSM como un sistema de telefonía móvil de segunda generación (2G). Además, con GSM comenzó a ser mucho más fácil integrar, en los teléfonos móviles, la posibilidad de establecer comunicaciones de datos. GSM en una red celular para dispositivos móviles lo que implica que los terminales se conectarán a ella buscando estaciones base (también conocidas como células o BTS, en inglés Base Telephony Station) en sus inmediaciones. GSM funciona principalmente en cuatro rangos de frecuencias: las bandas de frecuencia de 900 MHz y 1800 MHz son las más comunes, mientras que en algunos países americanos (como Estados Unidos o Canadá) se emplean las bandas de 850 MHz y 1900 MHz debido a que las anteriores se encontraban ya en uso para otras aplicaciones. También existen casos, aunque son poco frecuentes, en los que se emplean las bandas de frecuencia de 400 MHz y 450 MHz. Este hecho se produce por ejemplo en los países escandinavos, donde los dispositivos móviles de primera generación comenzaron empleando esos rangos de frecuencias y decidieron mantenerlos para su uso con GSM. La red existente detrás de GSM (y que el usuario corriente no percibe), es bastante grande y compleja. De otra manera sería imposible proporcionar todos los servicios que el usuario final recibe de ésta. Figura 1-7. Esquema de una red tradicional GSM Pagina 1 de 5

2 GSM emplea varios codecs de audio para comprimir el sonido transmitido a través de los terminales móviles. Al principio dos codecs fueron empleados, Half Rate y Full Rate, que se llamaban así debido a la relación que éstos guardaban con la forma en la que usaban el canal de transferencia (de forma parcial o de forma completa respectivamente) en el que eran empleados. Ambos codecs eran bastante eficientes en cuanto a compresión además de implementar la identificación de partes importantes de audio permitiendo la priorización y protección de dichas partes. A partir de 1997 comenzó a emplearse el codec Enhanced Full Rate o EFR, que mejoró el estándar y usaba el canal de transferencia completamente. El estándar GSM fue pionero al incluir una alternativa barata a las llamadas de voz a través de la red de telefonía. Esta alternativa es el mensaje de texto, Short Messaging Service o SMS, soportado hoy día por prácticamente la totalidad de estándares para móvil. También incluía el número de teléfono para emergencias (concretamente en Europa es el 112) que hacía muy fácil a los viajeros el poder contactar con los servicios de emergencias sin tener que conocer el número local de éstos. Las nuevas versiones del estándar han sido retro-compatibles con los teléfonos GSM originales. En la especificación de 1997 el estándar añadió capacidad para transportar paquetes de datos a través del servicio General Packet Radio Service o GPRS, incluyendo entre otras cosas mensajes multimedia, Multimedia Messaging Service o MMS o aplicaciones de Internet a través del Wireless Application Protocol o WAP. GPRS (2,5G) GPRS es comúnmente conocido como 2,5G, debido a que es una especificación que se encuentra entre la segunda y la tercera generación de telefonía móvil. En la especificación de 1999 se introdujo una mejora en la velocidad de transmisión de datos a través del uso del servicio Enhanced Data rates for GSM Evolution comúnmente conocido como EDGE. UMTS (3G) UMTS o Universal Mobile Telecommunications System es una tecnología de tercera generación (3G) para telefonía móvil. Está estandarizado por 3GPP (3rd Generation Partnership Program), una colaboración entre grupos de telecomunicaciones de varios lugares del mundo para desarrollar una especificación de un sistema de telefonía aplicable globalmente y que cumpla las exigencias de ITU IMT Ese sistema esta basado en una evolución de las especificaciones de GSM. 3GPP fue creado a finales de 1998, pero no sería hasta principios de 2000 cuando surgiría la especificación de la primera red UMTS. Las bandas de frecuencia en las que opera UMTS varían dependiendo del país, aunque en las estándar original se definían el rango de frecuencias MHz para la comunicación de móvil a estación base (uplink o enlace de subida) y el rango de frecuencias MHz para la comunicación de estación base a móvil (downlink o enlace de bajada). El amplio espectro de frecuencias que emplea UMTS ha sido muy criticado ya que retrasó el despliegue en algunos países en los que es lenta la asignación de frecuencias (como en Estados Unidos). Nota: Codec es una abreviatura de codificación-decodificación. Se uso se refiere a la capacidad de codificar y decodificar una señal de audio en un sistema concreto. Para los operadores de GSM existentes, la migración de esta tecnología a UMTS constituye un camino simple pero costoso. Esto se debe a que aunque una gran parte de la infraestructura de UMTS se comparte con GSM, el costo de obtener las nuevas licencias para el espectro de frecuencias, así como implementar UMTS en las torres existentes, es alto. UMTS, Tambien utiliza WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access - Acceso Múltiple por División de Código de Banda Ancha), es la tecnología de interfaz de aire en la que se basa la UMTS (Universal Mobile Telecommunication System), que, a su vez, es un estándar europeo de Tercera Generación (3G) para los sistemas inalámbricos. Pagina 2 de 5

3 Además de la familia GSM de codecs de voz, con el desarrollo de UMTS, EFR dio paso a un codec de espectro variable llamado AMR-Narrowband. Éste tiene una calidad alta y es robusto contra interferencias cuando es usado empleando el canal de transferencia completamente, mientras que es menos robusto pero mantiene una calidad relativamente alta cuando es usado en buenas condiciones empleando el canal de transferencia de forma parcial. UMTS proporciona una gran mejora en la transferencia de datos con respecto a sus predecesores, pudiendo alcanzar (eso sí, de forma teórica) hasta 14 Mbps. En la práctica se han llegado a alcanzar tasas de transferencia de bajada de 7,2 Mbps, una velocidad muy superior a los 9,6 Kbps que ofrecían los primeros canales de datos empleados en GSM. Esta velocidad de transferencia ha abierto la posibilidad de ejecutar aplicaciones y realizar acciones con nuestros terminales móviles que nos parecían impensables hace tan solo unos años. A largo plazo, el proyecto 3GPP planea que UMTS pueda alcanzar en una tecnología para móviles de cuarta generación (4G) velocidades de bajada de hasta 100 Mbps y de subida de hasta 50 Mbps. Las primeras redes comerciales UMTS fueron lanzadas en 2002 y para promocionarlas se hizo especial énfasis en las posibilidades que éstas brindaban relacionadas con aplicaciones como la televisión por móvil o la videoconferencia. Poco a poco, las experiencias en Japón y otros lugares de temprana implantación mostraron que las videoconferencias no eran muy empleadas y que aplicaciones como la televisión por móvil no alcanzaba la demanda esperada empleándose la alta velocidad de transferencia de datos de UMTS mayoritariamente para acceder a Internet. De esta forma, hoy día es común el uso de las redes UMTS para acceder a Internet, ya sea directamente desde un terminal móvil o bien desde un ordenador a través de Wi-Fi, Bluetooth. HDSPA (3.5 G) La tecnología HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), también denominada 3.5G, 3G+ or turbo 3G, es la optimización de la tecnología espectral UMTS/WCDMA, incluida en las especificaciones de 3GPP consiste en un nuevo canal compartido en el enlace descendente (downlink) que mejora significativamente la capacidad máxima de transferencia de información logrando alcanzar tasas de hasta 14 Mbps. Soporta tasas de throughput (Se llama throughput al volumen de trabajo o de información que fluye a través de un sistema) promedio cercanas a 1 Mbps. Es la evolución de la tercera generación (3G) de tecnología móvil, y se considera el paso previo antes de la cuarta generación (4G), la futura integración de redes. Actualmente se está desarrollando la especificación 3.9G antes del lanzamiento de 4G. Es totalmente compatible en sentido inverso con WCDMA y aplicaciones ricas en multimedia desarrolladas para WCDMA que funcionarán con HSDPA. La mayoría de los proveedores UMTS dan soporte a HSDPA. La telefonía móvil 3.5G es una variante del sistema 3G, el que revolucionó la manera en que los teléfonos móviles podían ser usados, alcanzando una gran funcionalidad en sus herramientas así como también en el envío y recepción de datos, primero, entre varios teléfonos celulares, y después desde redes de datos, Internet, terminales electrónicas, etc. Dentro del desarrollo del sistema 3G, ahora se está empezando a consolidar 3.5g como el más efectivo patrón de funcionamiento en la mayoría de teléfonos móviles, teniendo en cuenta su gran funcionalidad así como la facilidad con la que las centrales operadoras pueden aplicarlo y manejarlo, sin necesidad de aplicar técnicas que difícilmente se pueden encontrar en el país donde se presta el servicio. El sistema 3.5G, también llamado por sus siglas en inglés HSDPA, ofrece tanto a las centrales como usuarios facilidades tales como una mayor velocidad de transmisión que se manifiesta en 1,8 Mbps, que es más o menos 3 o 4 veces más rápida que el antiguo formato 3G (que de todas maneras continúa siendo muy utilizado, sobre todo por cuestiones de costos); a mayor velocidad de transmisión, también las imágenes y los sonidos pueden ser descargados y disfrutados con una mayor calidad, claro, si los equipos se adaptan al sistema, por lo que también nuevos teléfonos móviles han empezado a ser diseñados con este objetivo. Pagina 3 de 5

4 Además de esta velocidad de transmisión, el formato 3.5G permite la visualizacíón de producciones audiovisuales en tiempo real (videostreaming), lo que se puede apreciar con mayor claridad, por ejemplo en la transmisión de programas televisivos para móviles. Implementación La mayoría de los operadores de 3G ofrecen esta tecnología en su red. La principal utilidad del servicio es acceso a internet con mayor ancho de banda y menor latencia. Esto permite navegar, hacer descargas de correo electrónico, música y vídeo a mayor velocidad. Los operadores han enfocado el servicio como un acceso móvil a Internet de banda ancha para ordenadores portátiles. El principal objetivo de HSDPA es el de conseguir un ancho de banda mayor. La compatibilidad es crítica, así que los diseñadores de HSDPA utilizaron una filosofía evolutiva. Cuáles son sus características? La característica principal de este sistema es que tiene velocidades similares al ADSL, pero en el móvil. Alcanza 14.4 Mbps (hasta 20 Mbps si se utilizan antenas MIMO (Multiple Input Multiple Output). Cabe mencionar que la latencia es mínima. Autentificación está basada en una tarjeta SIM, su clave de acceso (PIN) y diferentes algoritmos de autenticación e intercambio de claves. Por lo tanto la seguridad es mayor que en una conexión a redes Wifi, en conclusión es usuario tiene mayor privacidad. Es una conexión ideal para portátiles y netbooks, debido a la mayor privacidad, cobertura, movilidad e inalambricidad del sistema. Cómo funciona? Mas características HSDPA aumenta la velocidad de transmisión que un usuario tienen en un determinado instante, sin embargo esta discontinuidad no es percibida. Emplea 3 mecanismos que operan entre la antena y el teléfono móvil: 1.- Un controlador de recursos: llamado HS-DSCH (High Speed Download Shared Chanel). Este canal se comparte entre todos los usuarios, ofrece altas velocidades y mejora el espectro. 2.- Un adaptador de enlaces: Esta entidad reside debajo de la capa de control de acceso al medio. 3.- Una nueva técnica de corrección de errores: HARQ (Hybrid Automatic Repeat-Request) retransmite la información usando diferentes codificaciones. Cuando se recibe un paquete errado, el móvil o antena lo almacena y combina con otras transmisiones. Como consecuencia se recuperan los paquetes errados. Se aprovecha que no todos están interactuando en un mismo instante, ademas si el número de abonados activos sube entonces también suben los canales que se comparte. Utiliza Modulación de Amplitud en Cuadratura QAM; esto le permite soportar el tráfico a ráfagas (elevado BW por instantes) como el generado en Internet con las descargas de vídeo. El resto del tiempo el canal queda libre para otros clientes. La calidad depende del canal: Cuando ésta es buena ==> Con ruido ==> Muchas interferencias ==> transmite 4 bits de información por señal sólo transmite 2 bits el sistema bloquea la transmisión en intervalos de 2 ms. Pagina 4 de 5

5 HSUPA (3,75 G) HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access ), que es un protocolo de acceso de datos para redes de telefonía móvil con alta tasa de transferencia de subida (de hasta 5.76 Mbit/s teóricos, prácticos se han conseguido en pruebas 1,4 Mbit/s). Viene a completar al HSDPA, su combinación es denominada HSPA (High Speed Packet Access). HSUPA es útil para usuarios que envían archivos multimedia directamente a otros, imágenes/videos en tiempo real a la red o los juegos en tiempo real contra otro jugador. Calificado como 3.75G, llego al mercado enmascarado dentro de algún nombre comercial como 3G. LTE LTE Advanced (4G) En 2008, la ITU (Unión Internacional de ) estableció los requisitos para la cuarta generación de estándares de telecomunicaciones móviles: los sistemas IMT-Advanced o simplemente 4G. Los principales requisitos para un estándar 4G son: Que esté basado en un modelo de red all-ip que utilice únicamente conmutación de paquetes. Que alcance máximas tasas de 1 Gbps en movilidad de baja velocidad (usuario quieto o a pie) y de 100 Mbps en movilidad de alta velocidad (trenes, coches ). Que alcance máximas tasas de eficiencia espectral de enlace de 15 bits/hz en bajada y 6,75 bits/hz en subida (es decir, que podamos descargar a 1 Gbps con un ancho de banda de menos de 67 MHz). Dicho de otra forma: las redes 4G están optimizadas para un mundo en que las comunicaciones son casi todas sobre IP, nos permiten descargas mucho más rápidas y también aprovechan extremadamente bien el espectro radioeléctrico. LTE puede alcanzar velocidades máximas de algo más de 300 Mbps y un ancho de banda de 20MHz. Por tanto, no cumple los requisitos de la ITU. LTE no se considera un estándar 4G. Se dice que LTE es 3,9G o casi-4g. (Ojo) A día de hoy, las únicas dos tecnologías aprobadas por la ITU como estándar 4G son LTE-Advanced y WiMAX 2. El primero está siendo desarrollado por la 3GPP (3rd Generation Partnership Project) y el otro (oficialmente IEEE m) por el IEEE. Son los sucesores de LTE y WiMAX. LTE-Advanced o LTE-Avanzado es la décima versión del estándar de la 3GPP. Básicamente es una mejora de LTE para que cumpla las especificaciones de IMT-Advanced y sea considerado un sistema de cuarta generación. Con LTE-Advanced Alcanzan tasas de datos hasta 10 veces mejores que las teóricas de LTE. Claro que no todas las ventajas serán para el usuario, con LTE-Advanced los operadores podrán aprovechar mejor el espectro y servir a más usuarios en una misma célula. Pagina 5 de 5