MIGRACION DE UNA PLATAFORMA CELULAR ANALOGICA

MIGRACION DE UNA PLATAFORMA CELULAR ANALOGICA
A UNA DIGITAL EN TECNOLOGIA CDMA.
J. SCIRE, I. ROMERO.
Universidad Central de Venezuela, Facultad de Ingeniería, Escuela de Ingeniería Eléctrica.
Resumen
La telefonía móvil celular cada día más exige de los proveedores de servicio una mayor calidad y capacidad en
sus redes, lo cual es prácticamente imposible con los sistemas analógicos implementados y por tanto es necesario migrar
a una plataforma celular con una nueva tecnología digital que garantice de una manera segura y confiable estos
requerimientos. A consecuencia de esto emergen una serie de estándares digitales que se amoldan a las nuevas
exigencias del mercado inalámbrico y uno de ellos es el sistema CDMA (Code Division Multiple Access). Se describe la
evolución desde los antiguos sistemas de telefonía celular analógica hasta los nuevos conceptos de telefonía digital.
Palabras Claves: Telefonía móvil celular, Estándar, CDMA.
INTRODUCCION
Los
cambios
tecnológicos
en
materia
de
telecomunicaciones sorprenden al mundo con su acelerado
crecimiento. Debido a la enorme competencia en torno a
la telefonía móvil, la mayoría de los operadores buscan
satisfacer la demanda de los abonados y, de esta manera,
mantener su lealtad. Es por ello que la adopción de una
nueva plataforma tecnológica busca dotar a los operadores
de mayor capacidad de respuesta con el fin de conquistar
la mejor tajada del mercado para sus tecnologías,
productos y servicios. Por eso en el afán de cumplir con
las exigencias del mercado nace el Acceso Múltiple por
División de Códigos CDMA (Code Division Multiple
Access) como una de las alternativas en la relativamente
nueva tecnología digital.
EVOLUCIÓN TECNOLOGICA
La telefonía celular fue desarrollada en 1947 en los
laboratorios Bell, pero no es hasta 1983 que es introducida
en los Estados Unidos por la compañía AT&T, como
solución a la gran demanda que tenían los teléfonos
móviles.
Posteriormente se crea el FCC (Federal Communication
Comision), una organización encargada de reglamentar la
comunicación celular.
El primer sistema de telefonía celular operando
comercialmente desde 1979 fue el NTT (Nippon
Telephone and Telegraph) en Japón, aparece luego en
1981 el NMT-450 (Nordic Mobile Telephone), sistema
basado en una especificación que realizaron
conjuntamente las administraciones nórdicas. Funciona en
la banda de los 450 MHz. Posteriormente aparecieron en
Estados Unidos de Norteamérica y Reino Unido las
normas AMPS (Advanced Mobile Phone Service) y
TACS (Total Access Communications System), muy
similares entre ellas, que funcionaban en la banda de 800
MHz, y que son actualmente los sistemas que más
abonados tienen en el mundo. También surgió la versión
del sistema nórdico en la banda de 900 MHz, el NMT900.
El crecimiento vertiginoso en el uso de teléfonos
celulares sorprendió a todos los estadistas, resultando un
crecimiento de 475 % entre 1985 y 1988. Llegó el punto
en el que re-usar los canales dejo de ser una solución.
Para este momento ya las industrias de celulares se habían
dedicado a desarrollar nuevos estándares que permitirían
una mayor capacidad. A consecuencia de esto se
desarrollan sistemas tales como: TDMA (Time División
Multiple Access) un estándar digital compatible con
AMPS y frecuentemente se refieren a él como D-AMPS o
Digital AMPS. También se desarrollaron otros sistemas
como CDMA (Code División Multiple Access)
desarrollado por QUALCOMM y el sistema GSM
europeo que usa el estándar TDMA con ciertas
variaciones técnicas.
La razón fundamental del cambio al sistema digital es
el aumento en la capacidad de la red y la posibilidad de
ofrecer una amplia gama de servicios avanzados muy
remunerados. La migración a CDMA se debe a que con
esta tecnología se pueden acomodar más usuarios; según
el estándar se puede alcanzar hasta 60 usuarios por
portadora. Debido a que el estándar AMPS permite la
coexistencia de canales analógicos y digitales dentro del
mismo espectro de frecuencias, los operadores pueden
implantar acceso digital de una forma cómoda, rentable y
escalonada en una infraestructura AMPS analógica de
acuerdo a las necesidades y exigencias del mercado.
Actualmente se están ofreciendo los dos sistemas a la vez,
pero a medida que se tengan más usuarios en la red se
incluirán las otras portadoras reduciendo el plan de
frecuencia del sistema analógico. Esto significa que se van
a usar cada vez más canales AMPS que son utilizados en
analógico. Con el fin de liberar capacidad en la red
analógica los operadores deben ofrecer incentivos para
alentar a sus abonados a que adopten los servicios
digitales.
CDMA funciona mediante la conversión de la
transmisión de la señal, permitiendo que sea traducida de
su estado natural a un lenguaje digital; además de brindar
notables ventajas al usuario de telefonía digital, entre las
que destacan la total privacidad de la comunicación,
haciéndola más clara y nítida, libre de cualquier tipo de
interferencia. Asimismo, permite también que un mayor
número de usuarios comparta la misma radiofrecuencia
con capacidad de 10 a 20 veces superior que la de los
sistemas celulares analógicos.
A pesar de los costos más elevados del equipo inicial
que tiene inicialmente CDMA, finalmente terminaría por
ser más económico a largo plazo pues requeriría menos
celdas.
Como consecuencia de esto, las compañías de
telecomunicaciones pueden construir nuevas redes
inalámbricas de CDMA a la mitad de lo que hubiera
costado construir una red celular analógica equivalente.
ESTANDARES
Telefonía Celular Analógica.
A nivel mundial existen actualmente tres sistemas
analógicos:
Norma nórdica: NMT-450,NMT-900.
Norma americana: AMPS, TACS (800Mhz).
Norma japonesa: NTT, NAMT.
Telefonía celular digital en el mundo.
IS-54
Norma conocida también como D-AMPS normalizada
por la EIA/TIA y en la actualidad tiene mas de 2 millones
de usuarios, fue el primer estándar de telefonía celular
digital americano, opera en el mismo espectro usado por
los antiguos sistemas AMPS. Un factor esencial en la
mudanza de sistemas AMPS para sistemas TDMA es el
aprovechamiento de la estructura ya montada y
ampliamente utilizada, por eso el IS-54 define el concepto
dual mode significando que provee una operación para
ambos sistemas analógico y digital.
IS-136
Norma basada también en TDMA, en realidad es la
continuación de la norma IS-54 en su versión IS-54C.El
IS-136 incorpora un control digital de canal. La norma
comercial D-AMPS 1900 esta basada en el IS-136 y esta
destinada para operar en dos bandas de 800 y 1900 Mhz
permitiendo el acceso a redes analógicas y digitales.
IS-95
Se presenta también como una tecnología de modo
dual, osea permite la operación tanto en el modo AMPS
como en el modo CDMA. Puede soportar diez veces el
numero de usuarios en sistemas analógicos y ofrece una
serie de beneficios incluyendo alta capacidad, mejor
calidad, seguridad, eliminación de la necesidad de
planificar la designación de frecuencias para las células y
la flexibilidad para acomodar las diferentes tasas de
transmisión. El primer sistema operando comercialmente
esta en Hong Kong desde 1995.
GSM
Fue desarrollado en Europa por la ETSI(Europea
Telecommunications Standars Institute) para proveer un
único standard que pueda ofrecer una mayor capacidad de
usuarios, mejor calidad, facilidad para la transmisión de
voz y datos y facilitar el roaming continental para cubrir
todo el continente europeo.
TDMA Y FDMA
El estándar tradicional de la tecnología de telefonía
celular es AMPS, la cual utiliza como técnica de acceso al
medio FDMA (Frecuency Division Multiple Access).
FDMA solo permite un usuario por canal, permitiendo un
100 % de acceso al canal todo el tiempo, y la partición o
sea, la canalización depende de la frecuencia. La ventaja
de AMPS es que la información se manda en tiempo real
y cada usuario obtiene un “pedazo” discreto del espectro
de RF equivalente a 30 KHz. La banda amplia AMPS (NAMPS) ofrece una ventaja en comparación con el AMPS
debido al aumento de la capacidad por tres veces
dividiendo los canales de 30 KHz en 3 canales de 10 KHz
respectivamente.
TDMA es un estándar digital de Norteamérica (IS-54)
que utiliza división de tiempo en vez de frecuencia para
resolver los problemas de división de celdas.
TDMA ofrece tres porciones de tiempo por cada canal
FDMA; un usuario es asignado una porción de tiempo en
un canal y solo puede mandar y recibir información en su
porción asignada. La fluidez de información,
consecuentemente es interrumpida y no continua para
cada usuario.
TECNOLOGIA CDMA
La tecnología CDMA funciona utilizando un único
código
digital
(una
secuencia
de
códigos
pseudoaleatorios) en vez de radiofrecuencias separadas o
división de tiempo, a través de un amplio espectro (spread
spectrum).
Todos los usuarios comparten el mismo espectro.
CDMA es una tecnología de banda ancha, lo cual quiere
decir que se amplia la información contenida en una señal
particular a un ancho de banda mucho más grande que la
señal original (spread spectrum), en la cual el espectro del
radio esta dividido en portadoras de aproximadamente
1.23 MHz de ancho. Los canales de tráfico son creados
mediante la asignación a cada usuario de un único código
dentro de la portadora.
Cuando una llamada CDMA esta en condición de “soft
handoff”, el móvil es monitoriado por dos o más celdas, es
decir, la unidad móvil recibe una señal de orígenes
múltiples y puede escoger la señal mejor en cualquier
momento, lo que prácticamente imposibilita la
interrupción de la llamada.
El sistema tiene la particularidad de que no usa para
nada planificación de frecuencia, minimizando en gran
medida el trabajo del ingeniero de RF.
La reutilización de la frecuencia es universal, por lo
tanto el resultado es un gran aumento de la capacidad del
sistema. CDMA permite a todas las llamadas usar el
mismo segmento de frecuencias, por lo que el sistema
suministra una mayor flexibilidad en el trazado de redes.
Las antenas radio base se colocan donde la capacidad lo
amerite, sin preocuparse por la planificación de
frecuencias con otras estaciones radio base. Para áreas de
servicio difíciles, se pueden desplegar microceldas y
antenas distribuidas para mejorar la cobertura.
Al no necesitar una planeación de frecuencias o una
coordinación entre las diferentes estaciones radio base, la
colocación y la expansión del sistema CDMA se puede
lograr en forma simple y oportuna.
COBERTURA RF EN CDMA
La tecnología CDMA trae consigue múltiples ventajas
al momento de implementar dicho sistema. La cobertura
de radiofrecuencia puede ser manejada por un sistema de
antenas inteligentes que permiten mayor control sobre
interferencias y nivelación de la carga de trafico, los
sistemas de antenas inteligentes permiten que las redes
CDMA sean optimizadas rápidamente, con facilidad y con
mejores resultados.
Los sistemas de antenas inteligentes poseen red de
antenas de 12 haces, permitiendo que la cobertura CDMA
pueda ajustarse a incrementos de 30. Por otro lado, los
sistemas con antenas convencionales de 3 sectores solo
pueden realizar ajustes en incrementos de 120°.
La cobertura RF puede variar en incrementos de 30°
ajustando la ganancia de transmisión y atenuación de
recepción de cada haz. El control por haz ofrece la
posibilidad de esculpir una huella de celda para cobertura
óptima y mínima interferencia directa e inversa de enlace.
Puede utilizarse para controlar el sobre impulso para
limitar la actividad handoff, o para especificar el blanco
de cobertura en áreas especificas como las de edificios
altos o intersecciones con elevados volúmenes de
llamadas.
El control de orientación permite flexibilidad a la
nivelación de carga de trafico. Un operador puede
reorientar sectores de CDMA para dividir una área con
trafico elevado en dos sectores, reduciendo así la carga de
pico del sector.
Orígenes y terminaciones mejoran y aumentan la
capacidad porque los handoff se controlan mas de cerca.
La cobertura se reduce solamente donde hay problemas de
interferencias.
Al ajustar el tamaño y orientación de los sectores de
emplazamiento de la celda, los operadores pueden
redistribuir las cargas de tráfico de un lugar sobretasado a
otros lugares donde el exceso de capacidad permanece
ocioso.
Cuando el CDMA y emplazamientos de celdas
analógicas comparten una antena con la misma
orientación de sector de largo de haz, el desempeño de
CDMA puede quedar comprometido. Los sectores
analógicos se configuran dentro de un patrón restricto de
rejilla para facilitar la planificación de reutilización de
frecuencia, mientras que los sectores CDMA pueden
orientarse hacia cualquier ángulo debido a la reutilización
de la unidad de frecuencia.
Al usar antenas inteligentes bimodales, se puede utilizar
la misma estructura física de antena para sistemas
analógicos y CDMA, y aun así se pueden configurar
diferentes orientaciones de sector para cada uno. Se
pueden reorientar los patrones de la antena CDMA para
obtener una mejor nivelación de la carga, y al mismo
tiempo no cambiar la orientación de los sectores
analógicos.
Las antenas inteligentes establecen diferentes anchos de
haces para AMPS y CDMA. En el caso de CDMA, largos
de haces más reducidos pueden ser usados para disminuir
handoff.
Un control más exacto de interferencias y de cobertura
RF y de mayor capacidad de cambiar los controles de
antenas permiten minimizar la interferencia, utilizar los
recursos de la red con más eficiencia y equilibrar las
cargas de tráfico. Por otro lado, las redes CDMA se
desligan de los sistemas analógicos utilizando la misma
antena.
Al reducir la carga de pico de trafico, las antenas
inteligentes extienden la capacidad de la infraestructura
existente. Los operadores pueden evitar o retardar las
divisiones de celdas, más sectorización o el despliegue de
otra portadora de CDMA. El tráfico se equilibra más para
compensar la “respiración” de la celda.
VENTAJAS
Usuarios



Calidad excepcional de voz. CDMA provee calidad
superior de voz, considerada virtualmente tan buena
como la de una línea alámbrica.
Menor consumo de energía.
Menos llamadas interrumpidas. CDMA aumenta la
capacidad del sistema, eliminado virtualmente señales
de ocupado, cruces de llamadas, y llamadas
interrumpidas que resultan de la congestión del
sistema.



Amplia cobertura. La señal de espectro amplio de
CDMA provee mayor cobertura que otras tecnologías
inalámbricas, tanto dentro de locales como al aire
libre.
Seguridad. Además de filtrar el cruce de llamadas y
ruidos de fondo, las transmisiones de espectro amplio
y codificadas digitalmente de CDMA son
intrínsecamente resistentes a la intrusión, “cloning” y
otros tipos de fraude.
Más servicios. El canal de control digital de CDMA
permite a los usuarios el acceso a una amplia gama de
servicios que incluyen identificación de quien llama,
mensajes cortos y transmisión de datos. CDMA
también permite la transmisión simultanea de voz y
datos.
Proveedor de Servicio






Mayor capacidad. CDMA provee de 10 a 20 veces la
capacidad de las tecnologías analógicas inalámbricas,
y más de tres veces la capacidad de otras tecnologías
digitales, lo que permite a los proveedores de
servicios apoyar más suscriptores y en mayores
volúmenes de tráfico inalámbrico en una porción
limitada del espectro.
Amplia cobertura. CDMA mejora la cobertura al aire
libre y bajo techo. Las redes CDMA requieren
solamente una fracción de los asentamientos de
celdas que necesitan otras tecnologías inalámbricas
para cubrir un área dada.
Flexibilidad. CDMA es la única tecnología
inalámbrica que apoya con efectividad tanto los
servicios fijos como móviles desde la misma
plataforma, lo cual permite a los proveedores de
servicio el ofrecer a sus clientes un servicio fluido de
“un solo teléfono”.
Rápida implementación. Los sistemas CDMA pueden
ser implementados y expandidos más rápidamente y
con mayor costo-efectividad que la mayoría de redes
alámbricas, entre otras cosas, porque requiere menos
celdas y espacio de celdas.
Interacción en las operaciones. CDMA interacciona
con sistemas AMPS, N-AMPS (Narrow AMPS) y
pronto con redes GSM/MAP, que permiten amplia
cobertura y conexión.
Mejoras continuadas. Reconocida ya como la
tecnología digital más avanzada, CDMA está siendo
mejorada más aún para apoyar nuevas características
y servicios tales como alta velocidad de datos.
OPINIONES SOBRE CDMA

Ameritech escoge la tecnología digital CDMA.
“Hemos seleccionado la tecnología CDMA, porque
sentimos que ofrecerá a los clientes de teléfonos







celulares, el mejor servicio posible. Ellos se
beneficiarán de la calidad superior en la llamada, una
seguridad sin paralelo, menos llamadas caídas, acceso
mejorado al sistema y una gran cantidad de nuevas
características y las aplicaciones para datos” dijo el
Sr. Rooney, Presidente de Ameritech.
Sprint Cellular apuesta al CDMA. La compañía de
mayor crecimiento en los Estados Unidos, anuncio
que esta colocando sus apuestas del servicio celular
en CDMA.
Hong Kong selecciona CDMA para sus redes
celulares. Hutchinson Telephone Company Ltd.
remplazara sus sistemas AMPS actuales en Hong
Kong con sistemas digitales CDMA, esta puede
suministrar una capacidad superior a 10 veces con
respecto a AMPS.
“CMR Movicom ha estado en posición de acomodar
un tremendo crecimiento de suscriptores, ofrecer a los
clientes unos servicios novedosos y esta bien
posicionado para el futuro debido al cambio de
analógico a digital con tecnología CDMA”, dijo Jack
Scalon.
CDMA resulta exitoso en la República Popular de
China.
“Qualcomm argumenta que, a pesar de los costos mas
elevados del equipo inicial, CDMA terminaría por ser
más económico a largo plazo, pues requiere menos
estaciones base.”
“Air Touch, estudió los costos a largo plazo de
CDMA. Pensamos estar en el negocio por mucho
tiempo. Y
CDMA ofrece mejor rendimiento
financiero que cualquier otra tecnología”.
“Si no fuera por las limitaciones de calidad y
capacidad de AMPS, TDMA y otras tecnologías
parecidas, puede ser que nunca hubiera nacido la
tecnología CDMA”.
CONCLUSIONES
Las comunicaciones de voz inalámbricas son un
proceso que ha revolucionado tanto los servicios de
telecomunicaciones como la forma mediante la cual las
personas hacen uso de los mismos. El crecimiento de
suscriptores de la comunicación personal inalámbrica se
ha extendido de una manera asombrosa en los últimos
años y se prevé un comportamiento similar en lo sucesivo,
lo cual se ve reflejado en los grandes esfuerzos realizados
a nivel de ingeniería y el desarrollo de estándares a nivel
mundial que han afianzado este proceso.
Los avances tecnológicos han permitido el incremento
de la capacidad y cobertura de las comunicaciones de voz
inalámbricas y el decremento tanto en el tamaño de las
celdas como de los niveles de potencia han hecho de este
medio de comunicación muy atractivo desde el punto de
vista económico y funcional.
Las principales razones de migrar hacia el sistema
digital son el aumento de la capacidad de la red mayor
calidad de voz además de la flexibilidad, seguridad y
confiabilidad que ofrecen este tipo de redes. Además los
usuarios que son los mayores beneficiados con este
proceso cuentan con una infinidad de servicios imposibles
de prestar con la tecnología analógica.
REFERENCIAS












The CDMA Network Engineering Handbook.
Volume 1. Concepts in CDMA. QUALCOMM.
March 1, 1993.
CDMA Technology&Benefits. An introduction to the
benefits of CDMA for Wireless Telephony.
MOTOROLA. Version 1.3. March, 1996.
Ulaszek B. Seminario de Telecomunicaciones
Inalámbricas. Tecnología CDMA. MOTOROLA.
1997.
Bejar V. El ABC de los sistemas inalámbricos. Red
(Revista de redes de computadoras). Vol. 3. Núm. 12.
Dic. 98. Págs. 14-18.
Emmett A. La tecnología de CDMA. Wireless
Comunicaciones. Vol. 19. Num, 1. Feb. 97. Págs. 2226.
Mason C. La verdad sobre CDMA. Wireless
Comunicaciones. Vol. 20. Num.1. Feb. 98 pagas. 1012, 14-16, 18.
Torrico R. La labor del UWCC en pro del TDMA.
Wireless Comunicaciones. Vol 20 Núm. 1. Feb. 98.
Págs. 20-22.
Feuerstein M. Controlando la cobertura RF. Wireless
Comunicaciones. Vol. 20. Núm. 3. May. 98. Págs.
28-30.
Nielsen M. Stureborg T. Migración de una plataforma
celular analógica AMPS a tecnología digital DAMPS. Ericsson Review. Núm. 3. 1997.
¿Que espera el mercado inalambrico de los productos
y servicios de la próxima generación?. Informe
Inalámbrico Mundial. Volumen 2. Nov. 98.
CDMA Boletín. Vol.2 Num.4. 1994.
Entrevista a la Ing. Maye Araque. Gerencia de
CDMA. TELCEL. Venezuela.
Internet:
www.qualcomm.com
www.samsung.com
www.cdg.org
www.est.uniandes.edu.co
www.recoletos.com
www.decom.fee.unicamp.br