Redes de telefonía celular – GSM, GPRS, UMTS

Objetivos de GSM
Uso mas eficiente del espectro que la telefonía analógica, utilizando técnicas de multiplexación en tiempo y frecuencia.
Incluir roaming internacional
Terminales y sistema de bajo coste
Buena calidad de voz (comparable a la telefonía fija)
Ampliación de servicios
Baja potencia de transmisión: reutilización de canales, al no saturar canales de células vecinas
Privacidad en las comunicaciones

Tipos de servicio
Teleservicios: voz, SMS (Short Message Service) de 160 bytes, fax, etc…
Servicios portadores (datos)
Servicios complementarios (llamadas en espera, multiconferencias, identificación de llamadas, etc…)

Radiofrecuencia (1/2)
GSM utiliza dos bandas de frecuencia cada una de 25 Mhz de anchura:
890-915 Mhz, desde la estación móvil a la estación base (ascendente)
935-960 Mhz, desde la estación base a la estación móvil (descendente)
Cada banda se divide en 125 canales de 200 KHz de anchura cada uno.
El primer canal está reservado, por lo que hay disponibles 124.
También se han definido servicios en bandas de 1800 MHz (denominado DCS 1800) y de 1900 MHz (denominado PCS 1900, usado en América).

Asignación de frecuencias en telefonía celular digital en el mundo

Asignación de frecuencias en telefonía celular digital en Europa
MHz
890
915
935
960
1710
1785
1805
1880
1900
2025
2110
2200
GSM
asc.
GSM
desc.
DCS 1800
asc.
DCS 1800
desc.
DECT
UMTS
(FDD-TDD-MSS)
UMTS
(FDD-MSS)

Radiofrecuencia (2/2)
Cada canal se divide por TDMA (Time Division Multiple Access, Acceso Multiple por Division de Tiempo) en ocho ranuras o ‘slots’ que dan servicio a otros tantos usuarios:

La ranura asignada a una comunicación se cambia (en tiempo y frecuencia) a razón de 217 cambios/seg; esto se denomina frequency hopping y se hace para evitar interferencias.
Cada ranura transporta 22,8 Kb/s de información digital ‘en bruto’; por ella se puede enviar voz (13,2 Kb/s) o datos (9,6 Kb/s).
La combinación de una ranura de subida y una de bajada permite una comunicación full dúplex. El número máximo de comunicaciones simultáneas es teóricamente de 124*8=992. Sin embargo muchos canales no se pueden usar para evitar conflicto con las celdas vecinas.
(Gp:) 4
(Gp:) 3
(Gp:) 2
(Gp:) 1
(Gp:) 0
(Gp:) 7
(Gp:) 7
(Gp:) 6
(Gp:) 5
(Gp:) 4
(Gp:) 3
(Gp:) 2
(Gp:) 1
(Gp:) 0

Uso de frecuencias en GSM
890,2 MHz
890,4 MHz
914,8 MHz
935,2 MHz
935,4 MHz
959,8 MHz
1
2
124
1
2
124
Desc.
(Base a
Móvil)
Asc.
(Móvil a
Base)
Tiempo
.
.
.
.
.
.
Frecuencia
Trama TDM
Canal

Codificación de voz en GSM
Una conversación telefónica normal ocupa en formato digital 64 Kb/s ( 8.000 muestras de un byte por segundo)
En GSM la voz se comprime según un algoritmo llamado RPE-LPC (Regular Pulse Excited – Linear Predictive Coder) que da una calidad casi equivalente usando sólo 13,2 Kb/s
Además en GSM solo se transmite cuando la persona habla (transmisión discontinua o supresión de silencios). Esto supone un ahorro del 60% en el canal y reduce el gasto de batería del emisor.
Para evitar que el receptor crea que la conexión se ha cortado la transmisión discontinua se acompaña de ruido de confort.

Terminales GSM
Los terminales puedes ser de tres tipos según su potencia:
Fijos (en vehículos): 20 W (vatios)
Portables (de maletín): 5 y 8 W
De mano: 2 y 0,8 W
El alcance máximo (independientemente de la potencia) es de 35 Km. Esto se debe al retardo máximo en la propagación de la señal que requiere el uso de TDMA.
Los terminales siempre operan a la mínima potencia posible para que haya comunicación con la estación base. De esta forma se minimiza la interferencia en las celdas vecinas.
El BER se ha de mantener entre 10-6 y 10-8 . Si el BER es mayor se aumenta la potencia (hasta llegar al máximo). Si el BER es menor se disminuye, hasta llegar al mínimo, que es de 20 mW.