CONCEPTOS BASICOS DE TECNOLOGÍAS DE ACCESO A SISTEMAS MOVILES. TERMINOLOGIA EMPLEADA

1. CONCEPTOS BASICOS DE TECNOLOGÍAS DE ACCESO A SISTEMAS MOVILES. TERMINOLOGIA EMPLEADA • AMPS: Sistema telefónico Móvil Avanzado • NADC: Celular digital de Norte América • GSM: Sistema global para comunicaciones móviles • NAMPS: AMPS de banda estrecha • Organismos de standarización ETSI (Europa), ARIB (Japón) • PDC: Comunicación Digital Personal • Técnicas de Acceso: • CDMA: Acceso múltiple por división de código • TDMA: Acceso múltiple por división de tiempo • FDMA: Acceso múltiple por división de frecuencia • TACS: Sistemas de comunicación de acceso total

2. RBS RBS RBS RBS MS Telefonía Móvil Celular Elementos Básicos MTX RBS: Radiobase MS: Estación Móvil MTSO,MTX: Centro de Conmutación de Servicios Móviles PSTN: Red Pública de Telefonía PSTN

3. Una Vision de las Comunicaciones Móviles Personales • Hoy día: • El Mayor tráfico telefónico hace uso de enlaces fijos • Los Móviles son una extension de la red pública fija (PSTN) • En el Sector Teléfonica la Móvil es la de mayor crecimiento (hasta 25 % por año) • Ventajas: ·Teléfono móvil económico ·Un único número de Contacto ·Gran Cobertura en el mundo industrializado

4. En el Futuro:Un Sistema multimedia terrestre/satelital Los Enlaces Satelite Tierra son puenteados a las redes fijas a través: ·cables·Fibras Opticas ·Enlaces de radio Las Estaciones Radio Base Celular proveen la comunicación a usuarios vehiculares, móviles, equipos, usuarios residenciales

5. Un solo equipo para: Residencia, Vehículo, Oficina, otros lugares

6. Ruta desde un Movil a un usuario fijo: Usuario Móvil , Radio Base Celular, Enlace de Microondas Intercambio Móvil – Fijo, Teléfono derectamente conectado a la Red Fija

7. Telefonía Móvil Celular Tipo Alcance Potencia por canal Macrocelda > 1000 m. 10-50 W Microcelda <500 m. >120 mW Picocelda Interiores < 100 mW

8. La tecnología Móvil involucra alta calidad en los Circuitos de Radio y una gran aumento de control y procesamiento digital Un diagrama circuital muy simplificado del Telefono muestra Sus componentes básicos: Micrófono - mouthpiece Carga - earpiece Conmutador de descolgado Conmutador de Repique Sus principales acciones : Repicar el telefono para alertar al ususario y soportar la conversación

9. "You will also see some differences between our circuit and that of a modern phone. For instance, the hook switch and ringing switch will both be operated by the handset. They are separated here to give you a better insight into the operation. Modern phones don't contain a battery, the current to ring the bell and operate the earpiece are today supplied by the exchange, in what is called a local loop circuit. There is no facility in the circuit shown for selecting the number of the user you want to call. Our example is a one to one connection so it is not needed. However, the keypad is placed approximately where the ringing switch is and sends pulses or tones to the exchange to route the call to the distant user. "

10. Simple Conmutación: Si por ejemplo realizamops una conexión de la siguiente forma: 1 switch conecta 2 teléfonos 3 switches conectan 3 teléfonos 6 switches conectan 4 teléfonos s switches conectan n teléfonos

11. Si se quiere derivar una expresión para el número de conmutadores s que conecten n teléfonos. " La serie consiste de términos que contienen el número de switches en cada columna del dibujo, por ejemplo, n-1para el primero y así sucesivamente. " s=(n-1)+(n-2)+...+1 " La serie es (n-1) + (n-2) + ... + 1 . " s=(n-1)*n/2 " la solución es s = ( n - 1 ) * n / 2 . " " Si por ejemplo calculamos cuántos switches se necesitan para un determinado grupo se obtiene que para una pequeña oficina con un bloque de 100 teléfonose necesita un equivalente de 4950 switches. Uno de los problemas más importantes consiste en como diseñar la interconexión de los usuarios para reducir el número de conmutadores. Para resolver debe estudiarse la forma en la cual los usuarios utilizan el servicio telefónico. "

12. Tráfico de Red El número de personas que interactúa simultáneamente en la red telefónica varía a lo largo del día: El pico se encuentra entre las 2.30 y 3.30pm. Sin embargo en estas horas solo el 20% de los usuarios potenciales pueden estar usando sus teléfonos. Esto implica que la red no requiere de la capacidad total para conectar simultáneamente a todos así que el número de conmutadores en la red puede reducirse.

13. Multiplexaje Número de canales necesarios será comúnmente igual al número de lamadas simultláneas. El enlace puede ser a través de cable, microondas o fibra optica

14. Para evitar posibles interferencias entre distintos sistemas, las frequencias se regulan a través de organismos internacionales. La UIT define frecuencias y hace recomendación de otros aspectos como por ejemplo potencia de transmisión. Las Frecuencias son escogidas a través de un compromiso entre: Costo Apropiado de equipos Relación Usuario - Demanda Adecuado soporte tecnológico

15. Standarización de los sitemas. Para cada Sistema se definen: Bandas de Frecuencia Especificas Método de Multiplexaje Ancho de banda de los canales de voz Tipo de Modulación, etc.

16. La capacidad de los Sistemas puede resumirse: Total ancho de banda disponible = ancho de banda saliente + ancho de banda entrante El ancho de banda requerido para un usuario = Espaciamiento de la portadora x 2 (Nota: el espaciamiento de la portadora es equivalente al ancho de banda de la voz con su modulación apropiada y sus respectivas bandas de guarda) Cual es la capacidad de los usuarios de ETACS?

17. El parámetro más importante en cualquier sistema de comunicación personal es la capacidad, o número de conversaciones simultáneas que el sistema puede manejar. Tal como se observa en la figura la localización del sistema dentro del espectro está dividido en un número de canales. La capcidad puede ser calculada: Para ETACS el ancho de banda total del sistema es la suma del ancho de banda saliente y el entrante. El ancho de banda requerido por un usuario es el doble del espaciamiento de la portadora. El espaciamiento de la portadora es equivalente al ancho de banda de la voz después del proceso de modulación más las bandas de guarda.

18. Asignación de frecuencias " Las frecuencias de cada grupo son asignados a una celda la cual constituye un área física en la tierra que puede tener un radio que puede ir deste 1km hasta 10km. Se dibuja como un hexágono aunque en la práctica su forma puede ser irregular dependiendo de como se propagan las ondas de radio. " Los Grupos de celdas forman un cluster el cual contiene todas las frecuencias del sistema " En el ejemplo el espectro de la frecuencia está dividido en 7 grupos. Por lo tanto se tiene un cluster de 7 celdas. " Repetición de cluster a lo largo del area a ser cubierta " El Cluster puede repetirse tantas veces como se requiere la cobertura de un país. "

19. Distancia de reuso en frecuencia Las mismas frecuencias no se utilizan en celdas adyacentes. Sseparación es llamada distancia de reuso ·Depende del número de celdas deln cluster ·Controles de Interferencia entre usuarios de la misma frecuencia Demanda de Usuario Ejemplo ¿Cual es la capacidad de un sistema celular ETACS en Malasia? Se asumen celdas circulares con 10km de radio y se considera el Area de Malaysia (table

20. Es posible calcular la capacidad aproximada de un sistema celular asumiendo forma circular con un radio de 10km. Conociendo el área total de un país determinado se obtiene el número de celdas necesarias. Se obtiene el número de usuarios por celda Numero de celdas = area of país / pi * r2 " Donde r es el radio de la celda. " Capacidad por celda (número de usuarios por celda) = Número total de canales en el sistema / número de celdas por cluster.

21. Telefonía Móvil Celular Tipo Alcance Potencia por canal Macrocelda > 1000 m. 10-50 W Microcelda <500 m. >120 mW Picocelda Interiores < 100 mW

22. RBS RBS RBS RBS MS Telefonía Móvil Celular Elementos Básicos MTX RBS: Radiobase MS: Estación Móvil MTSO,MTX: Centro de Conmutación de Servicios Móviles PSTN: Red Pública de Telefonía PSTN

23. RBS RBS RBS RBS RBS RBS RBS Área de Servicio de MTX Telefonía Móvil Celular Conceptos Básicos MTX Celda

24. Telefonía Móvil Celular Tipo Alcance Potencia por canal Macrocelda > 1000 m. 10-50 W Microcelda <500 m. >120 mW Picocelda Interiores < 100 mW Macro, Micro y Picoceldas

25. RBS RBS 335 cc 356 377 398 419 440 461 482 503 524 545 566 587 608 629 650 721 742 763 335 356 377 398 419 440 461 482 503 524 545 566 587 608 629 650 721 742 763 784 342 cc 363 384 405 426 447 468 489 510 531 552 573 594 615 636 657 728 749 770 349 cc 370 391 412 433 454 475 496 517 538 559 580 601 622 643 664 735 756 777 Telefonía Móvil Celular Sector vs. Omnidireccional Sectorizada Omnidireccional

26. RBS-A RBS-B Señal deteriorada Señal con mayor potencia Telefonía Móvil Celular Handoff Celda A Móvil MTX Celda B

27. RBS MTX-H RBS MTX-V Señal deteriorada Señal con mayor potencia MTX-V Telefonía Móvil Celular Roaming Celda A Móvil MTX-H Celda B

28. 991 1023 667 716 717 799 A’ A’’ B’ 33 50 83 546.5 849 MHz 891.5 894 MHz Espectro Extendido Planificación Celular Bandas de Frecuencias 1 313 333 334 354 666 A B 333 333 UP-LINK 824 825 835 845 DOWN-LINK 869 870 880 890 Espectro Original Canales de Control Dedicado

29. Planificación Celular Grupos de Frecuencias

30. Planificación Celular Reuso de Frecuencias A A A A A A i=2 j=1 N=7 A

31. Planificación Celular Relación C/I (Portadora- interferencia) Relación existente entre la señal más fuerte y las otras señales que comparten el mismo grupo de frecuencias. [dB] Donde: Sj= Intensidad de Señal más fuerte (W) Si=Todas las señales con el mismo canal de control que Sj (W) Condición: C/I > 18 dB

32. B G C f e A g F D d b c E Planificación Celular Expansión Celular

33. D1 G1 D2 G2 E D3 G3 B B1 E1 B2 E2 F1 E3 B3 D1 A1 A2 B F2 D2 C D3 A3 F3 E1 D1 E2 D2 D3 E3 Planificación Celular Regiones de Transición

34. Definición del Perfil de Tráfico Selección del Patrón de Reuso de Frecuencias Ubicación y Configuración de ERB Predicción de Cobertura no ¿Resultado Esperado? si Revisión del Diseño no ¿Resultado Esperado? si Medición en campo si ¿Resultado Esperado? no Inicio de Construcción Planificación Celular Etapas de Diseño Definición del Área de Servicio

35. 2S Area=4xAe Potencia =P S Antena Transmisora Area efectiva de la antena, Ae Angulo Sólido () Potencia=P Potencia=P/4 donde: Lfs=Perdida en espacio libre d=distancia =longitud de Onda Propagación Radioeléctrica Potencia recibida por una Antena

36. RBS Propagación Radioeléctrica Multitrayectoria Edificio Trayectoria Directa Trayectoria Reflejada Trayectoria Reflejada Unidad Móvil Lago

37. RMS= -80dBm RMS=-100dBm CURVA DE RAYLEIGH Probabilidad de Amplitud<Abscisa Probabilidad de Amplitud>Abscisa 1% de la señal por debajo de -100 dBm RMS=-50dBm Nivel de Señal dBm Propagación Radioeléctrica Ditribución de Rayleigh

38. Propagación Radioeléctrica Antenas • Ganancia • Apertura Vertical y Horizontal • Tilt (Eléctrico y Mecánico)

39. Propagación Radioeléctrica Modelos de Predicción Un modelo de predicción, es un conjunto de algoritmos, ecuaciones y condiciones expresadas matemáticamente o en gráficos empíricos, que permiten predecir con algún grado de exactitud el comportamiento que tendrá la propagación de las ondas electromagnéticas portadoras de la información, en un ambiente y entorno geográficos específicos • Modelos Seleccionados para cálculo sobre terrenos lisos: • Lee • Okumura-Hata • Walfish - Ikegami

40. Intensidad de Señal (dBm) Distancia desde Tx. Propagación Radioeléctrica Modelo de Lee

41. Propagación Radioeléctrica Modelo de Okumura-Hata

42. Propagación Radioeléctrica Corrección por Análisis de Perfil Condición sin Obstrucción

43. Propagación Radioeléctrica Corrección por Análisis de Perfil Condición con Obsrucción

44. Propagación Radioeléctrica Corrección por Análisis de Perfil Atenuación en función del despeje Normalizado L(v)

45. Propagación Radioeléctrica Cálculo de Intensidad de Señal Recibida Pr=Pt – Lfeed + Gant + G(,) – Lp – Kp + Gadic Donde: Pr= Potencia recibida en el móvil con ganancia de antena unitaria. Pt=Potencia de Transmisión de la estación base. Lfeed= Pérdidas en combinadores + alimentador. Gant=Máxima ganancia de la antena transmisora. G(,)=Diferencial de ganancia en una dirección dada. Lp=Pérdida por propagación en función del modelo seleccionado. Kp=Factor de corrección por topografía. Gadic=Ganancia adicional para ajustes de la desviación promedio.