Comunicaciones Móviles: Arquitectura Celular y GSM

Introducción a las Comunicaciones Móviles (6.1)

Objetivos del Operador: Ofrecer calidad de servicio similar a la telefonía fija, a un coste razonable y con los mismos servicios. Para ello, debe utilizar el espectro de forma eficiente, conmutar canales automáticamente y contar con una arquitectura con capacidad de crecimiento.

Necesidades: Alta densidad de antenas y móviles, capacidad para atender a muchos usuarios y evitar la dependencia de un único elemento de red.

Modelo Celular

El modelo celular divide la zona a cubrir en celdas más pequeñas. Cada celda tiene asociada una Estación Base (SB) con un número determinado de frecuencias.

Distancia Cocanal: Determina la reutilización eficiente de frecuencias (es la mínima distancia) para evitar interferencias.

Cluster o Grupo: Conjunto de celdas que engloban el total de las frecuencias.

Cálculo de la distancia cocanal: D = R * √(3*N), donde R es el radio de la celda y N es el número de celdas por cluster (7 en este caso).

Calidad del Servicio

El espectro debe utilizarse eficientemente. La arquitectura debe permitir el crecimiento y soportar canales conmutados automáticamente.

Parámetros de calidad:

• C/I (Relación señal a interferencia)
• S/N (Relación señal a ruido)

Parámetros de Calidad y Elección de Forma: Las celdas grandes se utilizan en zonas rurales, mientras que las pequeñas en áreas urbanas. Se elige la forma hexagonal para cubrir más eficientemente.

Explicación: El modelo celular divide el área de cobertura en celdas hexagonales, cada una con una estación base que gestiona las frecuencias asignadas. Esto permite reutilizar frecuencias de manera eficiente, evitando interferencias mediante una distancia mínima entre celdas cocanal. En zonas rurales se usan celdas grandes por la baja densidad de usuarios, mientras que en ciudades se emplean celdas pequeñas por la alta demanda. Además, se gestionan traspasos automáticos entre celdas para mantener la conexión y se evalúan parámetros como la relación señal/interferencia (C/I) para garantizar la calidad del servicio.

Global System for Mobile Communications (GSM) (6.2)

Introducción

Operadores: Movistar, Vodafone y Orange, entre otros.

Bandas de Frecuencia: GSM 900, 1800 y 1900.

Tipos de Servicios:

• Teleservicios: SMS, fax, etc.
• Servicios Portadores: Voz, datos.
• Servicios Suplementarios: Llamada restringida, desvío de llamadas, etc.

Arquitectura del GSM

Componentes Principales:

• SIM (Subscriber Identity Module): Módulo de identidad del suscriptor (almacena IMSI, Ki).
• BTS (Base Transceiver Station): Equipo de transmisión radio.
• BSC (Base Station Controller): Controla varias BTS y concentra tráfico.
• MSC (Mobile Switching Center): Maneja conmutación y movilidad entre celdas.
• HLR (Home Location Register): Base de datos con información permanente del suscriptor.
• VLR (Visitor Location Register): Información temporal sobre usuarios visitantes.
• AC (Authentication Center): Proporciona claves para autenticar usuarios.
• EIR (Equipment Identity Register): Lista negra, blanca y gris para evitar fraudes.

Explicación: GSM se basa en una arquitectura compuesta por estaciones base (BTS), controladores de estaciones base (BSC), y centros de conmutación móvil (MSC). Cuando un usuario inicia una llamada, el móvil solicita un canal a través del BTS, que envía la petición al BSC para asignar recursos. El MSC autentica al usuario mediante el centro de autenticación (AC) y verifica el dispositivo en el registro de identidad de equipos (EIR). Finalmente, el MSC establece la conexión y gestiona la comunicación con la red destino (PSTN o RDSI), coordinando traspasos si el usuario cambia de celda.

Conexión con otras Redes

Redes RTC (Red Telefónica Conmutada), RDSI (Red Digital de Servicios Integrados) y señalización mediante SS7 (Sistema de Señalización No. 7).

Resumen del Tema 5

Introducción

• Presenta los objetivos generales: Conocer las redes de acceso más empleadas y comprender sus características principales y los equipos involucrados.
• Se diferencian redes de acceso directo e indirecto, y los servicios ofrecidos: teleservicios, portadores y suplementarios.

1. Red Telefónica Básica (RTB)

• Es la red conmutada para servicios de voz, formada por pares de cobre.
• Se organiza jerárquicamente con centrales locales y de tránsito.
• El bucle de abonado, un hilo de cobre entre la central y el usuario, tiene limitaciones por alcance y mantenimiento.

2. Red Digital de Servicios Integrados (RDSI)

• Evolución de la RTB hacia servicios digitales.
• Ofrece canales para voz, datos y señalización (B, D y H).
• Soporta teleservicios (fax, videotelefonía) y servicios suplementarios (identificación de llamada, llamadas en espera).
• Emplea protocolos como LAP-D para enlace y Q.931 para control de llamadas.
• Se destacan topologías punto a punto y bus pasivo.

3. Arquitectura de Redes xDSL

• Tecnología basada en el cobre para ofrecer Internet de banda ancha.
• Tipos principales:
  • ADSL: Ancho de banda asimétrico, compartiendo datos y voz.
  • HDSL: Línea digital de alta velocidad para enlaces punto a punto.
  • VDSL: Velocidades muy altas, útil para distancias cortas.
• Infraestructura: Incluye DSLAM para conectar usuarios a redes IP.

4. Redes de Acceso por Cable Coaxial (HFC)

• HFC: Combinación de fibra óptica y coaxial para maximizar cobertura y eficiencia.
• Basadas en estándares DOCSIS, permiten transmisión de datos, voz y video.
• Incluyen cabeceras centrales, amplificadores y módems cableados para usuarios.

5. Redes de Acceso por Fibra Óptica

• Destaca como la tecnología más avanzada:
  • Ancho de banda casi ilimitado.
  • Baja pérdida de señal y alta seguridad.
• Tipos: FTTH (fibra hasta el hogar), FTTB (fibra hasta el edificio).
• GPON y EPON (redes ópticas pasivas) para distribuir señal eficientemente.

6. Redes de Acceso por Línea Eléctrica (PLC)

• Reutilizan cables eléctricos para transmisión de datos.
• Sus elementos clave incluyen módems de usuario (CPE) y repetidores intermedios (IR).
• Se usan para domótica y contadores inteligentes, aunque enfrentan desafíos de interferencia y falta de estandarización.