- Resumen:
- Perspectiva
Histórica: - Radio Celular
- Distribución de la
Frecuencia - Concepto básico de radio
Celular - Procesamiento de
Llamadas - Características del
control de Flujos (entregas) - El teléfono
celular. - Características
más relevantes de un sistema
inalámbrico:
El siguiente informe de
Investigación explica el funcionamiento del
sistema de
telefonía
celular, que ha tenido una gran difusión a fin del
siglo XX.
El informe abarca
desde la perspectiva histórica del sistema, sus
comienzo y su desarrollo
hasta una explicación detallada de cada parte que integra
sistema. El fin de este trabajo es explicar de forma sencilla
como funciona el sistema de telefonía celular usado en estos
días.
La radio
móvil fue usada desde 1921, cuando el Departamento de
Policía de Detroit utilizó un sistema de radio
móvil que operaba a una frecuencia cercana a 2 MHz. En
1940 , la Comisión Federal de Comunicaciones
(FCC) dispuso nuevas frecuencias para la radio
móvil en la banda de frecuencia de 30 a 40 MHz. Sin
Embargo, hasta que los investigadores desarrollaron técnicas
de modulación
en frecuencia, para mejorar la recepción en presencia de
ruido
electrónico y desvanecimiento de señales, la radio
móvil se convirtió en útil. El primer
sistema de telefonía móvil comercial en los
Estados Unidos se estableció, en 1946, en St. Louis
Missouri, cuando la FCC proporcionó seis canales de
telefonía móvil de 60 KHz, en el rango de
frecuencias 150 MHz. En 1947 se estableció un sistema
móvil público en la carretera entre la ciudad de
Nueva York y Boston que opero en el rango de frecuencia de 35 a
40 MHz.
En 1949, La FCC autorizó seis canales
móviles adicionales a las portadoras de radio comunes, las
cuales definieron como compañías que no
proporcionan un servicio
telefónico de línea alámbrica
pública, pero si se interconectan a la red telefónica
pública y proporcionan un servicio de
teléfono inalámbrico equivalente. La
FCC después incrementó el número de canales
de 6 a 11, reduciendo el ancho e banda a 30 KHz y espaciando los
nuevos canales entre los viejos. En 1950, la FCC agregó 12
canales nuevos en la banda de 450 MHz.
Hasta 1964, los sistemas de
telefonía móvil operaban sólo en el modo
manual; un
operador del teléfono móvil especial manejaba
cada llamada, de y hacia cada unidad móvil. En 1964, los
sistemas
selectores de canales automáticos fueron colocados en
servicio para los sistemas de telefonía móvil. Esto
eliminó la necesidad de la operación
oprimir-para-hablar (push-to-talk) y les permitía a los
clientes marcar
directamente sus llamadas, sin la ayuda de una operadora. La
instalación de llamadas automáticas fue extendida a
la banda de 450 MHz, en 1969, y los sistemas de telefonía
móvil mejorados (IMTS), se convirtieron al servicio de
telefonía móvil estándar de Estados Unidos.
El MTS usa los canales de radio de FM para establecer enlaces de
comunicación, entre los teléfonos
móviles y los transceptores de estación de base
centrales, los cuales se enlazan al intercambio de
teléfono local por medio de las líneas
telefónicas metálicas normales. Los sistemas MTS
sirven a un área de aproximadamente 60 Km a la redonda y
cada canal opera similarmente a una línea compartida. Cada
canal puede asignarse a varios suscriptores, pero sólo un
suscriptor puede utilizarlo a la vez. Si el canal preasignado
está ocupado, el suscriptor debe esperar hasta que se
desocupe, antes de hacer o recibir una llamada.
La demanda
creciente en el espectro de frecuencia de telefonía
móvil saturado impulsó a la FCC a buscar un modo de
proporcionar una eficiencia del
espectro de frecuencia mayor. En 1971 AT&T hizo una propuesta
sobre la posibilidad técnica de proporcionar respuesta a
lo anterior. Se comenzaba a delinear el principio de la radio
celular.
En marzo de 1983 se aprobó el plan de licencias
para la radio celular
La radio celular corrige muchos de los problemas de
los servicios de
telefonía móvil de dos direcciones tradicionales y
crea un ambiente
totalmente nuevo para el servicio telefónico tradicional
de líneas alámbricas. Los conceptos claves de la
radio celular fueron descubiertos por los investigadores, en los
laboratorios de Teléfonos Bell, en 1947. Fue determinado
que, subdividiendo un área geográfica relativamente
grande en secciones más pequeñas llamadas celdas o
células, se podría aplicar un
concepto de
rehuso de frecuencias para incrementar dramáticamente la
capacidad de un canal de telefonía móvil. El rehuso
de frecuencias es cuando el mismo de conjunto de frecuencias
(canales) se puede asignar a mas de una célula,
siempre y cuando las células
estén a una cierta distancia de separación.
Esencialmente, los sistemas de telefonía
celular permiten que un gran número de usuarios
compartan un número limitado de canales de uso
común disponibles en una región. Además, la
tecnología
de circuitos
integrados y de microprocesadores
ha permitido recientemente que los circuitos de
radio y lógica
compleja sean utilizados en las máquinas
de conmutación electrónica para almacenar los programas que
proporcionan un procesamiento de llamadas rápido y
eficiente.
El 1974, la FCC proporcionó un ancho de banda de
40 MHz adicionales para el servicio de radio celular (825 a 845
MHz y 870 a 890 MHz). Estas bandas de frecuencias fueron
previamente asignadas a los canales de televisión
70 a 83 de UHF. En 1975, se concedió a AT&T la primera
licencia para operar un servicio de radio celular en desarrollo, en
Chicago, AT&T subsecuentemente formo el servicio de
Telefonía Móvil Avanzado (AMPS)
En 1980, la FCC decidió dar una licencia de dos
portadoras comunes por área de servicio. La idea era
eliminar la posibilidad de un monopolio y
proporcionar las ventajas que generalmente acompañan un
ambiente
competitivo. Subsecuentemente, surgieron dos sistemas de distribución de frecuencia, cada uno con su
propio grupo de
canales, sistema A y sistema B, para compartir el espectro de la
frecuencia distribuida. El sistema A se definió para las
compañías inalámbricas y el sistema B se
definió para las compañías con líneas
alámbricas.
Las figuras 1 y 2 muestran los sistemas de administración de frecuencias para el
servicio de Telefonía Móvil Avanzado (AMPS) y
Sistema de Comunicación de Acceso Total (TACS),
respectivamente. El sistema celular AMPS usa una banda de
frecuencia de 20 MHz compuesta de 666 canales con espacios, entre
canales de 30 KHz. Para las unidades móviles, el canal 1
tiene una frecuencia de transmisión de 825.03 MHz y el
canal 666, en 889.98 MHz. Un espectro de frecuencias de 5 MHz
adicional, se aumentó posteriormente a la banda de 20 MHz
existente, lo cual incrementa el número total de canales
disponibles a 832. El estándar celular TACS utiliza una
banda de frecuencia de 15 MHz que abarca 600 canales con un
espacio, entre canales, de 25 KHz. La frecuencia de
transmisión parta el canal 1, es 890.0125 MHz y de
904.9875 MHz, para el canal 600. Los espectros de canales de AMPS
y TACS se dividen en dos grupos
básicos. Un conjunto de canales se dedica para el
intercambio de información de control entre
unidades móviles y el sitio de célula, y
tienen el término de canales de control. El
segundo grupo, con el
término de canales de voz o usuario, consiste de los
canales restantes y se usa para conversaciones reales. Como el
sistema AMPS, los receptores TACS operan a 45 MHz, arriba de la
frecuencia de transmisión.
Por lo tanto, para las unidades móviles, el canal
1 recibe en 935.0125 MHz y el canal 600, en 959.9875 MHz. Las
figuras 1 y 2 muestran el espectro de frecuencias adicional, para
los 166 canales adicionales para AMPS y 400 canales para
TACS.
Puede observarse que el espectro de frecuencias
adicional, TACS no se implantó y los canales de control
dedicado son para el sistema de 600 canales El área
sombreada delinea el conjunto de canales de control
dedicados.
Existen varios tipos de teléfonos celulares:
móviles, o montables en autos;
portátiles o teléfono de bolsillo; y de manos o
teléfono transportable.
Existen tres clases de teléfonos celulares
(cuatro para TACS). La clase en que entra un radio en particular
se determina por el tipo de teléfono que es y cuanta
potencia de
transmisión es capaz de producir. Los móviles
(clase 1) irradian mayor cantidad de potencia y,
después, los transportables (clase 2);
teléfonos de bolsillo (clase 3; clases 3 y 4 para
TACS), tienen la capacidad de salida de potencia más
baja.
Concepto
básico de radio Celular
El concepto
básico de radio celular es muy sencillo: cada área
se divide en celdas (células) hexagonales que encastran
juntas para poder formar
un patrón de panal.
Se eligió la forma de hexágono porque
proporciona la transmisión más efectiva aproximada
a, un patrón circular, mientras elimina espacios presentes
entre los círculos adyacentes. Una célula se define
por su tamaño físico y, lo más importante,
por el tamaño de su población y patrones de tráfico. El
número de células por sistema lo define el
proveedor y lo establece de acuerdo a los patrones de
tráfico anticipados. Cada área geográfica
del servicio móvil se distribuye en 666 canales de radio
celular. Cada transceptor con un área envolvente tiene un
subconjunto fijo de 666 canales de radio disponibles, basados en
el flujo de tráfico anticipado.
La figura 3 muestra un
sistema de telefonía celular simplificado que incluye
todos los componentes básicos necesarios para las comunicaciones
de radio celular. Hay una red de radio de FM que
cubre un conjunto de áreas geográficas
(células) dentro de las cuales las unidades de radio
móvil de dos vías, como los teléfonos
celulares, se pueden comunicar. La red de radio se define por
un conjunto de transceptores de radio frecuencia, ubicados en el
centro físico de cada célula. Las ubicaciones de
estos transceptores de radio frecuencia se llaman Estaciones
Base. Una estación base sirve como un control central para
todos los usuarios dentro de esa célula. Las unidades
móviles se comunican directamente con la estación
base, la cual sirve como una estación retransmisora de
alta potencia. Las unidades móviles transmiten a la
estación base y la estación base emite esas
transmisiones a una potencia mayor. La estación base puede
mejorar la calidad de la
transmisión, pero no pueden incrementar la capacidad de
canales, dentrodel ancho de banda fijo de la red. Debido a que
las estaciones estándistribuidas sobre un área de
cobertura del sistema y se administran, también se
controlan por un controlador de sitio de células
computarizado que maneja un control del sitio de célula y
funciones de
conmutación. El conmutador se llama Oficina de
Conmutación de Telefonía Móvil (MTSO). Una
estación base se compone de un transceptor de FM de baja
potencia, amplificadores de potencia, unidad de control y otro
hardware,
dependiendo de la configuración del sistema. La radio
celular utiliza varios transceptores con potencia moderada en un
área de servicio relativamente ancha, al contrario de MTS,
el cual usa un transceptor de alta potencia en una
elevación alta. La función de
la estación base es una interfaz entre los
teléfonos móviles celulares y el MTSO. Se comunica
con el MTSO sobre enlaces de información dedicadas, metálicas y
no metálicas, y se comunica con las unidades
móviles, sobre las ondas de aire, utilizando
un canal de control
La función de
MTSO es controlar el procesamiento y establecimiento de llamadas
así como la realización de llamadas, lo cual
incluye señalización, supervisión, conmutación y distribución de los canales de RF. El MTS,
también proporciona una administración centralizada y el mantenimiento
crítico para toda la red e interfaces con la Red de
Telefonía Pública Conmutada. (PTSN), asimismo,
acordar las instalaciones de transmisión de voz con
líneas alámbricas y servicios de
telefonía con líneas alámbricas
convencionales.
Un MTSO se conoce por diferentes nombres, dependiendo
del fabricante y la configuración del sistema. MTSO
(Oficina de
conmutación de Telefonía móvil), fue el
nombre dado por los laboratorios Bell; EMX (Intercambio
Móvil Electrónico) por Motorola; AEX por Ericson,
NEAX por NEC; SMC (Centro de conmutación Móvil) y
MMC (Centro Móvil Maestro), por Novatel.
Cada área geográfica o célula
generalmente puede acomodar hasta 70 diferentes canales de
usuario simultáneamente. Dentro de una célula, cada
canal puede soportar sólo un usuario de telefonía
móvil a la vez. Los canales están asignados de
manera dinámica y dedicados a un solo usuario, por
la duración de la llamada, y cualquier usuario puede ser
asignado a cualquier canal de usuario. Esto se llama reuso de
frecuencia, y permite que un sistema de telefonía celular,
en un área sencilla, maneje considerablemente mas de los
666 canales disponibles. Por lo tanto, la radio celular hace un
uso más eficiente del espectro de frecuencias disponibles,
que un servicio MTS tradicional.
Conforme se aleja un teléfono de un transceptor,
en el centro de una célula, la intensidad de la
señal recibida comienza a disminuir. La máxima
potencia de salida de un transceptor celular es de 35 dBm (3 W) y
puede ajustarse a incrementos reductores de 4 dB hasta 7.8 dBm
(0.7 W). La potencia de salida de las unidades móviles se
controla por la estación base, por la transmisión
de comandos up/down,
lo cual depende de la intensidad de la señal que
esté recibiendo actualmente. Cuando la intensidad de la
señal disminuye, por debajo de un nivel umbral
predeterminado, el centro de conmutación
electrónico localiza la célula
en el panal que está recibiendo la señal más
fuerte de la unidad y transfiere de la unidad móvil al
transceptor en la nueva célula. La transferencia incluye
convertir la llamada a una frecuencia disponible dentro del
subconjunto de canales distribuidos en la nueva célula.
Esta transferencia se llama entrega y es completamente
transparente al usuario (el cliente no sabe
que su servicio ha sido conmutado). La transferencia toma
aproximadamente 0.2 Seg. Lo cual es imperceptible a los usuarios
de teléfono de voz. Sin embargo, un retardo de ese orden
puede ser destructivo en una transferencia de datos.
Los seis componentes principales de un sistema de radio
celular son:
- Centro de Conmutación
Electrónico. - Controlador de Sitio de Célula.
- Transceptores de Radio.
- Interconexiones del Sistema
- Unidades de Telefonía Móvil
- Protocolo de Comunicaciones
El Centro de Conmutación Electrónico
es un conmutador telefónico digital y es el corazón del sistema celular. El
conmutador realiza dos funcionesesenciales: (1) controla la conmutación entre
la red telefónica pública y los sitios de
células para todas las llamadas de alámbrica a
móvil, móvil a alámbrica y móvil
a móvil; y (2) procesa información recibida de
los controladores de sitio de célula que contiene
el estado
de la unidad móvil, información de diagnóstico y compilación de
facturas. El conmutador electrónico se comunica con
los controladores de sitio de célula con un enlace de
datos
utilizando el protocolo
X.25 y la tasa de transmisión de 9.6 kbps a
full-duplex.- Centro de Conmutación
Electrónico:Cada célula contiene un controlador de sitio
de célula que opera bajo la dirección del centro de
conmutación. El controlador de sitio de célula
administra cada uno de los canales de radio en el sitio,
supervisa llamadas, enciende y apaga el transceptor de radio,
inyecta información a los canales de control y usuario
y realiza pruebas de
diagnóstico en el equipo de sitio de
la
célula. - Controlador de Sitio de Célula:
Los Transceptores de Radio utilizados para la radio
celular son FM de banda angosta, con una frecuencia de audio
de 300 Hz a 3 KHz y una desviación de frecuencias de
+/- 12 KHz para una modulación al 100 %. Esto corresponde a
un ancho de banda de 30 KHz usando la regla de Carson. Cada
célula contiene un transmisor y dos receptores de
radio sintonizados a la misma frecuencia. Se selecciona a
cualquier receptor de radio que detecte la señal
más fuerte. - Transceptores de Radio:
Las líneas telefónicas terminadas a
cuatro hilos se utilizan para conectar los centros de
conmutación a cada uno de los sitios de la
célula. Existe un circuito troncal de cuatro hilos
asignado para cada uno de los canales del usuario de la
célula. Además, debe haber por lo menos un
circuito a cuatro hilos para conectar el conmutador a un
controlador de sitio de célula como canal de
control. - Interconexiones del Sistema:
Las Unidades de Telefonía Móvil y
portátiles son básicamente la misma cosa. La
única diferencia es que las unidades portátiles
tienen una potencia de salida más baja y una antena
menos eficiente. Cada unidad de teléfono móvil
consiste de una unidad de control, un transceptor de radio,
una unidad lógica y una antena móvil. La
unidad de control alberga todas las interfaces de usuario,
incluyendo un auricular. El transceptor de radio utiliza un
sintetizador de frecuencias para sintonizar cualquier canal
del sistema celular asignado. La unidad lógica
interrumpe las acciones
del suscriptor y los comandos del
sistema y maneja al transceptor y las unidades de
control - Unidades de Telefonía
Móvil: - Protocolo de Comunicaciones:
El último componente del sistema celular es el
Protocolo de
Comunicaciones que gobierna la manera en que una llamada
telefónica es establecida. Los protocolos
celulares difieren entre países. En estados Unidos se
utiliza el estándar del Servicio de Telefonía
Avanzado (AMPS), mientras que en Canadá se utiliza el
sistema AURORA 80B. Cada país europeo tiene su propio
estándar. El Sistema de Comunicaciones de Acceso Total
(TACS) se usa en el Reino Unido; NMT o sistema nórdico en
los países escandinavos; RC2000 en Francia; NETZ
C-450 en Alemania; y
NTT es el estándar japonés para la telefonía
celular.
Una llamada telefónica sobre una red celular requiere del
uso de dos canales de voz full duplex simultáneamente, uno
se llama canal de usuario y el otro, el canal de control. La
estación base transmite y recibe, y se llama canal de
control directo y canal de voz directo, y la unidad móvil
transmite y recibe con el control y los canales de voz
diversos.
La conclusión de una llamada dentro de un sistema
de radio celular es muy similar a la de telefonía
pública conmutada. Cuando una unidad móvil se
enciende, realiza una serie de procedimientos de
arranque y después prueba la intensidad de la señal
recibida en todos los canales de usuario prescritos. La unidad
automáticamente se sintoniza al canal con la intensidad de
la señal de recepción mas fuerte y se sincroniza
para controlar la información transmitida por el
controlador de sitio de célula. La unidad móvil
interpreta la información y continúa monitoreando
el/los canal(es) de control. La unidad móvil
automáticamente rastrea periódicamente para
asegurarse que está utilizando el mejor canal de
control.
Dentro de un sistema celular, las llamadas se pueden
realizar entre una línea compartida y un teléfono
móvil o entre dos teléfonos
móviles.
Llamada de línea a
móvil:
El centro de conmutación de un sistema celular
recibe una llamada de una línea compartida a través
de una línea interconectada dedicada, desde la red
telefónica pública conmutada. El conmutador
traslada los dígitos marcados y determina si la unidad
móvil, a la cual la llamada está destinada,
está colgada o descolgada (ocupada). Si la unidad
móvil está disponible, el conmutador vocea al
suscriptor móvil. Siguiendo una respuesta de voceo de la
unidad móvil, el conmutador asigna un canal desocupado e
instruye a la unidad móvil que se sintonice en ese canal.
La unidad móvil envía una verificación de la
sintonización del canal por medio del controlador en el de
sitio de célula y después envía un tono de
progreso de llamada al teléfono móvil del
suscriptor, causando que éste suene. El conmutador termina
los tonos de progreso, cuando recibe la indicación
positiva que el suscriptor ha contestado el teléfono y la
conversación entre dos personas comienza.
Llamada de móvil a
línea:
Un suscriptor móvil que desea llamar a una
línea compartida, primero introduce el número
llamado en la memoria de
la unidad, usando los botones de tono o de pulso en la unidad del
teléfono. El suscriptor, entonces oprime la tecla para
enviar, la cual transmite el número marcado, así
como el número de identificación del suscriptor
móvil al conmutador. Si el número de
identificación es válido, el conmutador enruta la
llamada sobre una interconexión de línea terminada
a la red de telefonía pública, lo cual termina la
conexión a la línea compartida. Usando el
controlador de sitio de célula, el conmutador asigna a la
unidad móvil que sintonice ese canal. Después de
que el conmutador reverifica que la unidad móvil
está sintonizada al canal asignado, el suscriptor
móvil recibe un tono de llamada en progreso, audible, del
conmutador. Después que la persona a la que
se llamó levanta el teléfono, el conmutador termina
los tonos de llamada en progreso y la conversación puede
comenzar.
Llamadas de móvil a
móvil:
Las llamadas entre dos unidades, también son
posibles en el sistema de radio celular. Para originar una
llamada a otra unidad móvil, el que llama introduce el
número marcado en la memoria de la
unidad, por medio del teclado en el
dispositivo de teléfono y después oprime la tecla
enviar. El conmutador recibe el número de
identificación del que llama y el número marcado y
después determina si la unidad llamada está libre
para recibir una llamada. El conmutador envía un comando
de voceo a todos los controladores de sitio de célula y el
que es llamado (el canal puede estar en cualquier parte del
área de servicio) recibe un llamado. Después de un
voceo positivo del que fue llamado, el conmutador asigna a cada
uno, un canal de usuario desocupado y les instruye que se
sintonicen a su canal respectivo. Entonces el teléfono del
que se está llamando suena. Cuando el sistema recibe una
noticia de que el que fue llamado ha contestado el
teléfono, el conmutador termina el tono de llamada
progresiva y la conversación puede comenzar entre las dos
unidades.
Si un suscriptor móvil desea iniciar una llamada
y los canales de usuario están ocupados, el conmutador
envía un comando de reintento instruyendo al suscriptor
que vuelva a intentar la llamada por medio de una célula
vecina. Si el sistema no puede distribuir un canal de usuario por
medio de la célula vecina, el conmutador transmite un
mensaje de intercepción a la unidad móvil que esta
llamando por medio del canal de control. Cada vez que esta
llamando a un suscriptor móvil que está ocupado, el
que llama recibe una señal de ocupado. Además, si
el número que se está marcando no es válido,
el sistema envía un mensaje grabado por medio del canal de
control o proporciona un aviso de que la llamada no puede
procesarse.
Características del control de Flujos
(entregas)
Una de las características más importantes de
un sistema celular es su capacidad de transferir llamadas, que ya
están en proceso, de un
controlador de sitio de célula a otro conforme las
unidades móviles e mueven, de célula a
célula, dentro de la red celular. Este proceso de
transferencia se llama control de flujo o entregas. Las computadoras
en las estaciones del controlador del sitio de célula
transfieren llamadas de célula a célula con un
mínimo de interrupción y ninguna degradación
en la calidad de la
transmisión. El algoritmo de
decisiones de control de flujo se basa en las variaciones de la
intensidad de la señal. Cuando una llamada está en
progreso, el centro de conmutación monitorea la intensidad
de la señal recibida de cada canal de usuario. Si el nivel
de la señal de un canal ocupado cae debajo de un nivel de
umbral predeterminado, para un intervalo de tiempo dado, el
conmutador realiza un control de flujo, si existe un canal
vacante, La operación de control de flujo reenruta la
llamada por un sitio de célula nuevo.
El proceso de control de flujo requiere de
aproximadamente 200 mS. Los parámetros de control de flujo
permiten la transferencia optimizada basada en una carga de
tráfico del sitio de célula y el terreno que lo
rodea. El bloqueo ocurre cuando el nivel de la señal cae a
menos del nivel útil y no existen canales utilizables de
intercambio. Para ayudar a evitar el bloqueo o la pérdida
de una llamada, durante el proceso de control de flujo, el
sistema emplea un esquema de balanceo de cargas que libera los
canales para el control, de flujo y establece prioridades de
control de flujo. Los programadores en el sitio del conmutador
central actualizan continuamente el algoritmo de
conmutación para enmendar al sistema hasta acomodar las
cargas de tráfico variantes.
Problemas con los
teléfonos celulares
Como el caso de los teléfonos
inalámbricos, los teléfonos celulares tienen varias
desventajas que debe conocer. Vale aclarar que las desventajas no
son necesariamente defectos o fallas en el diseño
de un teléfono celular, sino sólo son parte de la
naturaleza del
producto. En
la mayoría de los casos, estas desventajas tienen que ver
con en enlace de radio entre el teléfono
celular y una estación de celda. Los problemas de
los teléfonos celulares pueden agruparse en cuatro
categorías fundamentales:
- pérdidas de señal,
- Zonas Muertas
- Problemas de baterías
- Intimidad
Un problema inherente a las señales de radio
en la gama de 800 a 900 MHz (banda de comunicaciones
celulares)es que las señales tienden a moverse
sólo en líneas rectas a partir de su antena.
Dichas ondas de
radio de alta frecuencia son debilitadas o atenuadas por la
humedad de la atmósfera, reflejada por edificios y
superficies lisas tales como agua y
pueden ser bloqueadas completamente por obstáculos
geográficos grandes como montañas y
colinas.Cuando su teléfono celular está en
movimiento, la intensidad de la señal
recibida puede disminuir lo suficiente en algunos casos como
para causar interrupciones breves de la señal
recibida. Casos más severos pueden impedir que su
señal transmitida llegue a la estación de
celda. Observará éstas pérdidas de
señal como pausas repentinas en la recepción.
Podría haber sido una o dos pausas breves, o una serie
de pausas de duración variables,
dependiendo de la severidad de la circunstancia.Otra causa común de la pérdida de la
señal ocurre cuando uno se aproxima a le región
fronteriza de un área de servicio en la que no halla
otras estaciones que acepten la transferencia de su
conversación. Experimentará un debilitamiento
gradual de la señal hasta que comiencen
pérdidas breves de la señal. Las
pérdidas de señal rápidamente
empeorarán hasta que quede completamente
desconectado.Los controles de la estación de celdas
generalmente están diseñados para pasar por
alto pérdidas menores de señal sin interrumpir
su conversación. Sin embargo, perdidas de señal
continuas o prolongadas pueden hacer que la estación
de celda lo desconecte. Con el tiempo
sabrá dónde se localizan las áreas de
cobertura débil en la región.- Perdidas de Señal:
En principio, las zonas muertas ocurren por las
mismas razones generales que las pérdidas de
señal, aunque el área de cobertura débil
se presenta a escala
mucho mayor. La pérdida de las señales
recibidas puede ser tanto tiempo que la estación de
celdas interpreta la pérdida de señal como
haber colgado. La estación de celda responde dejando
libre el canal perdido, resignando los canales según
lo necesiten otras llamadas.Áreas con colinas, montañosas o urbes
densas, a menudo experimentan zonas muertas. Las
señales son absorbidas o reflejadas; evitando que las
ondas de radio se propaguen hasta el área deseada.
Algunas veces una zona muerta puede eliminarse cambiando la
localización de la estación de celda dividiendo
la celda para añadir estaciones adicionales que cubran
adecuadamente el área afectada. - Zonas Muertas:
Los teléfonos celulares son alimentados por
paquetes de baterías recargables de NiCad
(Níquel/Cadmio). Aunque las baterías de Nicad
son un método conveniente y efectivo para
alimentar el teléfono, tienen varias desventajas a
saber.En primer lugar, las baterías de NiCad tienen
una densidad de
energía algo menor a las baterías no
recargables. Puesto que su densidad de
energía es relativamente baja, las baterías de
esta clase no son muy adecuadas para proporcionar
energía a cargas grandes, o a cargas aplicadas por
períodos prolongados (sin ser recargadas). De hecho,
las celdas de NiCad terminan descargándose por
completo por el sólo hecho de dejarlas guardadas a
menos que reciban una carga lenta o reserva
constante.Aunque los materiales
y la construcción de las baterías de
NiCad se han perfeccionado y se cuenta con circuitos
integrados refinados que han disminuido el consumo
total de energía de las celdas de NiCad, no debe
esperar más de unas cuantas horas de servicio de un
paquete de baterías de NiCad antes que requieran un
recargado. Afortunadamente, pocas llamadas duran tanto tiempo
y es conveniente mantener al teléfono celular en una
estación de carga cuando no se usa.Las baterías de NiCad también pueden
presentar problemas cuando se descarguen regularmente hasta
los mismos niveles y luego se recarguen. Esto puede suceder,
por ejemplo, su invierte un promedio de 30 minutos de
llamadas varias veces en un día, dejando que el
teléfono se recargue entre llamadas. Este modo de
operación de descarga parcial puede provocar que las
baterías generen memoria, es
decir, que las baterías tiendan a funcionar de manera
correcta sólo hasta el punto en el que normalmente se
descargan. Si las baterías se usan más
allá de este punto, no tendrían la cantidad de
energía requerida (o esperada) para alimentar el
circuito.Teniendo en cuenta que toma mucho tiempo para que
las baterías de NiCad presenten este tipo de problema
(no ocurre de un día para el otro). Algunas veces
la memoria
puede contrarrestarse haciendo pasar la batería por
varios ciclos de descarga/recarga completa. Esto puede
lograrse simplemente si no se pone el teléfono en su
estación de carga durante uno o dos día de uso
normal y luego dejando que se recargue
completamente.Finalmente, las celdas de NiCad pueden dejar de
funcionar simplemente por desgaste normal. La carga y
descarga constante pueden originar tensiones físicas
en la batería que con el tiempo pueden hacer que deje
de servir y sea incapaz de mentaren una carga apreciable.
Cuando ocurre esto, el paquete de baterías debe
reemplazarse.Actualmente se han desarrollado nuevas
batería como las de níquel/metal que poseen
muchas mejoras con respecto a las anteriormente mencionadas;
mayor capacidad y ausencia de "memoria" son algunas de ellas.
El desarrollo de baterías para el uso decelulares sigue en marcha y la comercialización de las nuevas:
litio/ion es una muestra de
ello. - Problemas de Baterías
- Intimidad.
Es importante tener en cuenta que el teléfono
celular, es en gran medida, un radiotransceptor. El enlace entre
su teléfono celular y la estación de celda
más cercana esta compuesto por ondas
electromagnéticas públicas. En consecuencia,
cualquier persona con un
receptor sintonizado ya sea a su canal de frecuencia de
transmisión o recepción podrá oír por
lo menos la mitad de la conversación que ocupa ese canal.
La transmisión y recepción se realizan a dos
frecuencias diferentes y, por consiguiente, un oyente secreto no
puede escuchar ambas partes de una conversación
simultáneamente.
Este es un gran problema para personas preocupadas por
su intimidad. Sin embargo, ni siquiera el receptor más
refinado puede recibir señales más allá de
la capacidad de su teléfono para transmitir. Los
teléfonos celulares típicamente tienen un alcance
de varios kilómetros, por lo que un oyente secreto
tendría que estar cerca para poder oirlo
con claridad. Además, cuando un teléfono celular
está en movimiento,
hay un cambio de
canales de conversación cuando se realiza la transferencia
entre celdas. Un oyente secreto tendría que seguirlo y
poder buscar entre los 666 canales el correspondiente a la
conversación, lo que representa un procedimiento
prácticamente imposible incluso para los profesionales
expertos en radio.
Para evitar la remota posibilidad de ser escuchados
secretamente por medio electrónicos, una nueva
generación de accesorios de teléfonos celulares
emplea procesamiento digital de señales y técnicas
de compresión para codificar la voz transmitida y
decodificar la voz recibida en el teléfono
destino. La persona que llama del otro extremo de la
conversación, también debe tener un acceso similar
con el mismo patrón de seguridad.
Cualquier señal de voz transmitida por ondas
electromagnéticas públicas estaría
codificada y sería ininteligible para cualquier persona
que pudiera estar escuchando sin un decodificador codificado
correctamente
La figura ilustra el diagrama en
bloques de un teléfono celular típico. Debido a que
un teléfono celular debe poder transmitir full-duplex, se
diseña de tal manera que el transmisor y el receptor
puedan operar simultáneamente. El receptor opera de manera
similar a un radio FM comercial, con la diferencia de que la
primera frecuencia intermedia (FI) se ubica en 45 MHz. La segunda
frecuencia intermedia se escoge igual a 455 KHz, como lo es usual
en recepción de FM y AM.
En cuando a la transmisión de FM, el método
escogido para modular es el de modulación directa por
control de un VCO con multiplicación de frecuencia para
aumentar tanto la frecuencia de portadora como el índice
de modulación. La desviación de frecuencia
utilizada es de 12 KHz y la banda de frecuencias de voz
transmitida comprende el rango de 300 Hz a 3K Hz anteriormente
nombrada. El sistema de antena y diplexor permiten la
transmisión y recepción simultánea de
señales. Las frecuencias necesarias para la
modulación y la demodulación son generadas
digitalmente a partir de sintetizadores de
frecuencias.
El microprocesador
aporta la inteligencia y
el control del aparato, supervisando todas las tareas a bordo del
dispositivo, incluido el control de potencia radiada para
preservar la carga de la batería. El procesador,
además, se encarga del manejo de pantalla y del teclado.
Muchas de las funciones descritas en el digrama de bloques
están disponibles en forma de chipsets que se fabrican
para trabajar armónicamente con el fin de reducir el
número de componentes necesarios para la
impelementación del mismo
Características más
relevantes de un sistema inalámbrico:
Cobertura:
La cobertura del sistema se refiere a las zonas
geográficas en las que se va a prestar el servicio. La
tecnología
más apropiada es aquella que permita una máxima
cobertura con un mínimo de estaciones base, manteniendo
los parámetros de calidad exigidos por las necesidades de
los usuarios. La tendencia en cuanto a cobertura de la red es
permitir al usuario acceso a los servicios en cualquier lugar, ya
sea local, regional, nacional e incluso mundial, lo que exige
acuerdos de interconexión entre diferentes operadoras para
extender el servicio a otras áreas de influencia
diferentes a las áreas donde cada red ha sido
diseñada.
Capacidad.
Se refiere a la cantidad de usuarios que se pueden
atender simultáneamente. Es un factor de elevada
relevancia, pues del adecuado dimensionamiento de la capacidad
del sistema, según demanda de
servicio, depende la calidad del servicio que se preste al
usuario. Esta capacidad se puede incrementar mediante el uso de
técnicas tales como la reutilización de
frecuencias, la asignación adaptativa de canal, el control
de potencia, saltos de frecuencia, algoritmos de
codificación, diversidad de antenas en la
estación móvil, etc.
Diseño de las celdas.
La estructura de
las redes
inalámbricas se diseña teniendo presente la
necesidad de superar los obstáculos y manejar las características propias de la
radiopropagación. Disponer de un radio enlace directo para
cada suscriptor, predecir las características de la
señal en zonas urbanas donde la densidad de suscriptores
es alta y las edificaciones tienen gran influencia en la
propagación, son factores que establecen limitaciones
fundamentales en el diseño
y ejecución de los sistemas inalámbricos orientados
a las necesidades personales y empresariales. Los mecanismos que
gobiernan la radiopropagación son complejos y diversos, y
generalmente se atribuyen a fenómenos que sufren las ondas
electromagnéticas en su transporte,
tales como reflexión, difracción, dispersión
y en general pérdidas de propagación. Los
requerimientos para reducir el efecto de estos fenómenos
en las comunicaciones son definidos de diversas maneras
dependiendo de la tecnología utilizada.
Según la capacidad y cobertura requeridas en el
área de influencia de las redes, su diseño
implicará la utilización de celdas de diferentes
radios y las antenas de las
estaciones base presentarán diferentes alturas y potencias
de transmisión. De allí surgen las definiciones de
sistemas macrocelulares, microcelulares y
picocelulares.
Las macroceldas son los modelos de
comunicación más comunes para operación
celular. El rango de cubrimiento de éstas se encuentra
entre 1 y 30 kilómetros, por lo que son utilizadas
principalmente para el manejo del tráfico originado por
usuarios que se encuentran en movimiento a gran velocidad,
disminuyendo de esta forma el número de handoff y
aumentando de esta manera la calidad del servicio al reducir la
probabilidad
de caída de llamadas.
El uso de microceldas (con rango de cubrimiento entre
100 y 1000 metros) incrementa la capacidad de la red, ya que
permite hacer un mayor manejo de tráfico y hace posible la
utilización de potencias de transmisión muy bajas.
Desde el punto de vista del operador, esto se traduce en ventajas
adicionales como una mejor cobertura, bajos costos de la red
por suscriptor y mayor eficiencia en la
operación del sistema. Los requerimientos claves del
sistema microcelular incluyen la coexistencia e interoperabilidad
con los sistemas ya instalados, necesitándose un
desarrollo mínimo de ingeniería para su
diseño.
Al reducir mucho más el tamaño de las
celdas, se logran las picoceldas (cubrimiento menor a 100
metros). Como se sabe, una reducción en el tamaño
de una celda implica un aumento en su capacidad (manejo de
tráfico), por lo que las picoceldas se utilizan para
brindar cobertura en las zonas identificadas como de muy alto
tráfico, tales como centros de negocios o
centros comerciales, donde los usuarios tienen un patrón
de comportamiento
de baja movilidad y se encuentran en un ambiente
cerrado.
Manejo del Handoff (manos libres)
El handoff es el proceso de pasar una llamada de un
canal de voz en una celda a un nuevo canal en otra celda o en la
misma, a medida que el usuario se mueve a través de la
red. El manejo de estas transiciones es un factor vital para
garantizar la continuidad de las comunicaciones tanto de voz como
de imágenes y
datos, caso en el que es muy crítica la pérdida de
información.
Movilidad
En la nueva generación de sistemas de
telefonía celular digital, se involucra tanto la movilidad
personal como
la movilidad del terminal. La movilidad personal se
refiere a la posibilidad de que el usuario tenga acceso a los
servicios en cualquier terminal (alámbrico o
inalámbrico) sobre la base de un número
único personal y a la capacidad de la red para proveer
esos servicios de acuerdo con el perfil de servicio del usuario.
Por otro lado, la movilidad del terminal es la capacidad de un
terminal inalámbrico de tener acceso a servicios de
telecomunicaciones desde diferentes sitios
mientras está en movimiento, y también la capacidad
de la red para identificar, localizar y seguir ese
terminal.
Calidad.
Uno de los parámetros a tener en cuenta para
establecer las diferencias entre un sistema u otro, se refiere a
la medida de calidad del servicio prestado. Las consideraciones
que un usuario debe tener en cuenta a la hora de suscribirse a un
servicio de telefonía móvil tienen que ver con el
precio y las
características de operación del dispositivo
portátil, la disponibilidad de una variedad de servicios,
la duración de la batería, la cobertura
geográfica y la posibilidad de disfrutar el servicio en
áreas diferentes a la que está inscrito, así
como una confiable calidad de transmisión de voz y datos.
Por otra parte, la calidad es un factor de especial atención desde el punto de vista de los
operadores, pues es conveniente lograr la rentabilidad
de sus negocios
paralelamente a la satisfacción de sus clientes, al
dimensionar óptimamente las redes con la adecuada
relación costo/beneficio,
reducir los costos de
operación y mantenimiento,
utilizar eficientemente el espectro radioeléctrico, y
disponer de mecanismos que permitan mejorar la operación
del sistema de acuerdo con los nuevos avances
tecnológicos que surjan.
Flexibilidad y compatibilidad.
Debido a la interacción con redes de diferente
tipo que debe soportar una red con cubrimiento global (tales como
Red Digital de Servicios Integrados, Redes Celulares
Análogas, Red Telefónica Pública Conmutada,
Redes de Datos, Redes Satelitales), ésta debe suministrar
las interfaces adecuadas para la interoperabilidad, y poseer
elevados niveles de gestión
que permitan realizar cambios en su estructura
inicial sin causar traumatismos en el funcionamiento
Costos de Infraestructura.
Los costos de infraestructura se reflejan principalmente
en el precio entre
las estaciones base, ya que el manejo de una tecnología u
otra en las mismas, no son un factor diferenciador. Lo deseable
es que el dimensionamiento de la red minimice el número de
celdas, la cantidad de quipos en general y sus costos de
operación y mantenimiento.
- Luis Alfonso Rodriguez V. "Curso Práctico de
electrónica digital" Tomo 3
Tecnología aplicada. 1ra edición. Buenos Aires,
Argentina
1999
. IEEE Comunicaciones. "Serviciones de Comunicaciones
Personales", Vol.
34 No. 3,9,12. 1996
- Sistemas de Comunicación Personal y
Tecnologías Digitales Inalámbricas – CINTEL.
Santa Fe de Bogotá, septiembre de 1996
documentos en el WWW sobre el informe de
investigación
HECHO POR
HERNAN LAMANUZZI