ASIGNATURA: REDES DE COMPUTADORES I Lectura No 22. TEMAS: 1. Tecnologías de celular 1.1. TDMA - CDMA 1.2. EDGE 1.3. UMT LA TELEFONIA CELULAR En nuestro medio actualmente contamos con nuevas formas de comunicación; ya han quedado atrás las líneas telefónicas fijas con sus altas tarifas y las casi inaccesibles tarifas de larga distancia internacional ahora con la tecnología celular se evitan muchos de los anteriores inconvenientes pues las tarifas han bajado considerable mente además surge una gran gama de servicios todos ellos ligados a la movilidad. A continuación veremos como se ha venido implementando y la manera como ha venido avanzando dicha tecnología. PRIMERA GENERACION La primera generación fue la de los TACS (total access comunication system) dicha generación fue limitada en capacidad de roaming además era totalmente analógica por lo que permitía solamente llamadas de voz y con baja calidad dichos teléfonos fueron diseñados para uso en vehículos. SEGUNDA GENEACION Esta generación fue denominada GSM (global system for mobile comunications) y su avance principal consistió en que la red ya era digital con lo que tuvo muchas ventajas sobre la anterior generación pues esta permitía transmisión de voz y datos además son sistemas digitales basados en conmutación de circuitos con avazadas técnicas de uso del espectro radio eléctrico; esto significa un incremento en la capacidad de la red, mejoras en la calidad de la voz, incorpora la calidad de datos y se implementan los primeros servicios de valor añadido como lo son los mensajes de texto cortos o sms. SEGUNDA GENERACION Y MEDIA Son los sistemas GPRS (system packet radio service) estos sistemas mejoran las capacidades de las redes de segunda generación y tienden a ofrecer servicios de tercera generación; es decir suponen mejoras en la transmisión de datos con una velocidad que puede llegar hasta los 384 kbps esta tecnología se basa en paquetes y además integra sonidos wap, mensajes MMS (multimedia messaging system)y juegos móviles sms. TERCERA GENERACION Es la tan nombrada UMTS (Universal Mobile Telephone System) Esta red es un gran salto sobre las anteriores generaciones pues fue pensada para roaming global; nos ofrece una transmisión de datos de alta velocidad y fidelidad soporta tecnologías IP y atm con lo que posibilita el acceso a Internet y en general aplicaciones de multimedia móviles con servicios personalizados y basados en localización de usuarios con esta nueva tecnología cambian el modelo del negocio pues hay que tener en cuenta a lo proveedores de contenidos y proveedores de aplicaciones esta generación se a convertido en un estándar en Europa y muchos países de Asia además esta red incorpora calidad en el sonido pues se puede descargar archivos mp3 también ofrece servicios de video llamada además las velocidades alcanzaran los 2mbps. TERCERA GENERACION Y MEDIA HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) Esta es la evolución de UMTS ya se están haciendo pruebas piloto y ofrecen velocidades teóricas de 14 mbps en España ya se logro establecer una comunicación con dicho sistema y fue todo un éxito además tiene una gran ventaja y es que es total mente compatible con todas las tecnologías apartir de la segunda generación, también se han sacado tarjetas para PC compatibles con hsdpa pues con esta red se tiene acceso a Internet con las mismas ventajas que lo ofrece el ADSL dicen los expertos que dicha tecnología será el fin de wimax pues tiene una mayor cobertura y todo esta migración de las redes de UMTS solo se hará con una actualización de software lo que implica que los operadores no tendrán que invertir en dispositivos cosa que para wimax es una gran desventaja CUARTA GENERACION “4G es un sistema de sistemas capaz de aprovechar todo tipo de tecnologías inalámbricas diferentes", asegura Osten Makitalo, director de Investigación de la escandinava Telia Mobile. En esencia, 4G es una red inalámbrica ultrarrápida, una superautopista de la información sin cables. Las estaciones base -los transmisores, ahora carísimos, que pasan la señala digital de una antena a la siguiente no serían mucho mayores que el tamaño de una bombilla. 4G alcanzaría una velocidad de transmisión de datos de cien mega bits por segundo, un salto de gigante con respecto a la velocidad de los actuales móviles, de diez kilo bits por segundo. Acceso Múltiple por División de Tiempo (TDMA) y Acceso Múltiple Por División De Código (CDMA) En cualquier sistema de radio celular, o de comunicaciones personales en general, un cierto número de usuarios se comunica con una estación base que, a su vez, da acceso a la red fija mediante portadores adecuados (fibra o cable). El despliegue de los sistemas celulares y de los teléfonos sin cordón domésticos comenzó en la década de los 80's. Todas las normas que soportaban estos sistemas eran analógicas, utilizaban modulación en frecuencia, con acceso FDMA, ocupando un ancho de banda de 12.5 a 30 Khz. y señalización en bandabase. A medida que fueron extendiéndose e incrementándose los usuarios, fue necesario desarrollar sistemas digitales capaces de soportar nuevos servicios y facilidades ofreciendo, además, una mejora en la calidad de las comunicaciones y, sobre todo, incrementándose su capacidad. Así surgieron los llamados sistemas de segunda generación. El diseño de cualquier sistema de comunicaciones personales está muy condicionado por la interfaz radioeléctrica que utilice, incluso puede llegar a condicionar su coste e incluso muchas cualidades operacionales. Los sistemas de comunicaciones móviles y personales se basan en un concepto básico: la reutilización. Se comparten las frecuencias portadoras, los intervalos de tiempo, los códigos, etc., que se asignan a los usuarios en una célula, asignando los mismos recursos en otra célula suficientemente alejada, de acuerdo con el procedimiento de acceso múltiple elegido. Es necesario saber que los sistemas celulares tienen notable susceptibilidad a la interferencia que los diferentes sistemas de acceso múltiple deben considerar. Técnicas De Acceso Múltiple Se utilizan en el ambiente de las comunicaciones para que varios dispositivos (computadoras, teléfonos, radios, etc.) puedan acceder al medio o canal de comunicación de manera ordenada. Sin las técnicas de acceso múltiple, las comunicaciones entre dispositivos serian un caos. Las técnicas de acceso múltiple nos permiten compartir un mismo canal de comunicación para varios usuarios. Primera generación (1G) La telefonía celular empleo la técnica de FDMA. Esta asigna a cada usuario una frecuencia de 30KHz de ancho de banda en el sistema Analógico AMPS (Sistema de telefonía móvil avanzado). Como el espectro es limitado, solo se podía acomodar un número fijo de usuarios, por lo que al ingresar más usuarios al sistema se empezaron a bloquear los canales. 3 Segunda generación (2G) Se caracterizo por ser digital y emplear la técnica TDMA, que es un sistema de acceso múltiple que divide el canal de 30 Khz. en tres ranuras de tiempo. TDMA vino a triplicar el número de usuarios en comparación con el sistema analógico AMPS de la primera generación de celulares. Al incrementarse el número de usuarios esta técnica de acceso múltiple también es ineficiente. Tercera generación (3G) Conocida como CDMA asigna códigos a los usuarios al compartir un mismo espectro de frecuencias. Con esta técnica se incrementa considerablemente el número de usuarios por radio-base. Acceso Múltiple por División de Tiempo (TDMA) La tecnología TDMA, permite a los operadores de red celular multiplexar transmisiones múltiples sobre una frecuencia de radio. Esto proporciona un mayor soporte de suscriptor utilizando el espectro de frecuencias disponibles. En Estados Unidos la tecnología AMPS y la TDMA deben ser compatibles para que los teléfonos celulares puedan operar automáticamente en modo dual (modo analógico y modo digital). Actualmente, TDMA soporta tres (3) transmisiones digitales sobre una frecuencia, lo cual es bastante para un limitado espectro de frecuencias. Asimismo, el estándar de TDMA define un soporte de diez (10) transmisiones por frecuencia, pero no ha sido probado en ninguna red celular. En redes GSM, la tecnología TDMA se encuentra dividida en ocho (8) ranuras de tiempo (en lugar de tres), esa es la razón por la que GSM puede soportar un mayor número de suscriptores por canal de voz. La razón de la diferencia es que el espaciamiento de los canales de AMPS es de 30 Khz. Y en las redes GSM es de 200 Khz. En el momento que un teléfono celular solicita servicio desde un sitio celular, dicho sitio identifica la frecuencia a la que el teléfono transmite y la brecha de tiempo que utilizará, de este modo se le asigna esta brecha de tiempo al teléfono celular y no será utilizada por ningún otro teléfono de la misma celda. El teléfono celular no transmite mientras su brecha de tiempo no este disponible, este procedimiento se conoce como Transmisión por ráfagas. El estándar que define a TDMA fue dado por EIA/TIA y es conocido como IS-54, pero actualmente el nuevo estándar es el IS-136 que soporta servicio macro celular para una cobertura geográfica grande con baja cantidad de suscriptores. También soporta procedimientos para redes inalámbricas fijas usando teléfonos fijos y terminales de datos. Asimismo, dicho estándar soporta la interacción irrestricta con las redes AMPS ya que estas últimas operan a 900Mhz. Y las TDMA en un intervalo de hasta 2 Ghz. También el nuevo estándar integra mayores características a los teléfonos celulares como el indicador de mensaje de espera en el aparato, identificador de llamadas, capacidad de localizador alfanumérico y/o envío de mensajes y modo de suspensión. Finalmente el hecho por que dicha tecnología no se difundió más es porque se debate la interferencia de dichos teléfonos con otros equipos electrónicos como sistemas de navegación aérea, auxiliares de audición y posiblemente con algunos marcapasos (RFI, Radio Frecuency Interference). La interferencia se debe a que dichos equipos utilizan cristales en sus circuitos los cuales oscilan a frecuencias que son utilizadas por el teléfono y se produce la interferencia, hecho que no sucede en los teléfonos de tecnología CDMA Acceso Múltiple Por División De Código (CDMA) En CDMA varias frecuencias se envían sobre la misma frecuencia sin multiplexado, en su lugar se agrega un código único para cada transmisión. De este modo los aparatos reciben todas las transmisiones, decodifican cada una y hallan el código correcto. A esta tecnología de dispersar frecuencias por todo el espectro se le conoce como Dispersión espectral. Las ventajas de CDMA son: Contempla un método de control de energía diseñado para el ahorro de la batería y para ayudar a que no hayan interferencias con otro canal. Así se establece una comunicación con el sitio celular receptor y el teléfono para mantener los niveles de potencia constantes y los más pequeños posibles. En CDMA NO se emplean cristales, los cuales al oscilar crean problemas de RFI potenciales para otros equipos electrónicos. El handoff (pase entre celdas) es el convencional (fuerte) con uno suave adicional. Cuando el teléfono cruza la frontera de una celda, la celda original continua proporcionando servicio al teléfono. La nueva celda se activa y el teléfono funciona en ambos sitios celulares hasta alcanzar la suficiente intensidad de señal que la nueva celda pueda tomar. No hay degradación notable de la calidad de transmisión durante el handoff, lo cual es crítico en la transmisión de datos. CDMA soporta servicios de datos, conmutación de paquetes y la integración de datos empaquetados digitales celulares (CDPD). La desventaja de CDMA ante la presencia de equipos AMPS es la gran interferencia originada en los equipos CDMA, problema que ha sido ya rectificado. A continuación realizaremos una comparación de TDMA frente a CDMA Calidad de las llamadas Codificador de fonía de 13 Kb de alta calidad: La estructura de canales de TDMA no permite más que un codificador de fonía de 8 Kb y se planeó para evolucionar a un codificador de 4 Kb. Por su parte, la estructura de CDMA usa 13 Kb a plazo corto, proporcionando la mejor calidad en el lanzamiento y dispone en la actualidad de un codificador mejorado de 8 Kb. Cesión suave: TDMA usa una cesión dura o brusca al pasar de un sitio de célula a otro, lo que da como resultado puntos mudos notables en las llamadas. Estos puntos mudos pueden ser importantes en ciudades tales como Toronto o Montreal, donde las cesiones se producen de dos a cuatro veces por minuto. Por otra parte, CDMA emplea una técnica denominada de cesión suave para eliminar ese problema. La cesión suave permite que el teléfono reciba señales de 3 a 5 sitios de células adyacentes y combina todas ellas para eliminar los silencios de cesión, además de mejorar la calidad general de la señal (escogiendo siempre la mejor de entre las tres a cinco que recibe). Capacidad de Red Las consideraciones de capacidad para la tecnología digital fueron muy importantes con el fin de reducir la necesidad de hacer evolucionar la red de un modo importante en el futuro cercano. Estaban en juego varias cosas: el hecho de que los clientes se sentían molestos por otro cambio, el deseo de la compañía de no tener que invertir capitales adicionales en otra red y la necesidad de aceptar la carga de tráfico de crecimiento rápido de la red. La capacidad de CDMA ha sido un tema muy debatido en la industria y estuvo sujeto a un escrutinio importante por la Bell Mobility. Al terminar el día, Bell Mobility consideraba que hasta las opiniones más conservadoras respecto a la capacidad de CDMA indicaban que ofrecía por lo menos el doble que TDMA. Además, incluso al adoptar la opinión conservadora, Bell Mobility podía satisfacer los requisitos de capacidad para el futuro previsible, como puede verse en la gráfica que sigue: CDMA alcanza esta ventaja de capacidad mediante las técnicas que siguen: 1. Codificadores de fonía de velocidad variable, que reducen la velocidad de transmisión cuando el altavoz no esté funcionando. Esta técnica permite que el canal se compacte más eficientemente, dando como resultado capacidad adicional. 2. Se emplean técnicas de control de fuerza para mantener la potencia transmitida en el mínimo absoluto que se requiere para dar como resultado una llamada de gran calidad. La relación con la capacidad es como sigue: Menos potencia = menos energía = menos interferencias = mayor capacidad Empleo Más Amplio Se ha escogido CDMA como la tecnología digital de segunda generación preferida por más de la mitad de la industria norteamericana con el resto dividido entre otras dos tecnologías digitales: TDMA y GSM. Por lo tanto, Bell Mobility consideró que el mejor modo de satisfacer las necesidades de sus clientes, que usan sus servicios en todos los Estados Unidos y el Canadá, era la selección de una tecnología desplegada con mayor amplitud que otras tecnologías digitales alternativas. Eficiente en Costos Al evaluar la estructura de costos de TDMA en función de CDMA, Bell Mobility llegó a la conclusión de que CDMA era una solución más eficiente en costos a largo plazo. Este beneficio de costos se obtiene en gran parte debido a dos factores: 1. Ganancias de capacidad: Una mayor capacidad por unidad significa que es preciso desplegar menos sitios para satisfacer una demanda dada de tráfico. 2. Eficiencias de cobertura: La cobertura generada por la tecnología CDMA es mejor que las de AMPS o TDMA (en de 3 a 6 dB). Una mejor cobertura significa mejor calidad y menos sitios requeridos para proporcionar servicios fuera de los centros urbanos principales. TDMA Y CDMA en Colombia En Colombia la empresa Flycom Comunicaciones S.A. E.S.P. posee la explotación comercial de la licencia LMDS (LMDS Este es el nombre que recibe el sistema punto a multipunto que opera en espectros mayores a 25 GHz. (dependiendo de cada país) y transporta tráfico digital a gran velocidad, el cual trabaja con tecnología TDMA y CDMA) para el país. Su red inicial está compuesta por ocho (8) Estaciones base conectadas con interfaz STM-1 ATM con los switches ATM existentes en cada ciudad, y que conforman el Backbone. A través de esta red, Flycom integra el acceso LMDS con redes externas. Arquitectura de la red nacional de LMDS con MINI-LINK BAS de Flycom Esta solución considera el tráfico de gestión de las ciudades de Bogotá, Medellín, Cali, Barranquilla y Bucaramanga concentrado en el NOC (Network Operations Center) que Flycom posee en la ciudad de Medellín. El diseño de la red LMDS – MINI-LINK BAS se realizó para cinco (5) ciudades: Bogotá, Medellín, Cali, Barranquilla y Bucaramanga. La distribución de las radio bases en las diferentes ciudades es la siguiente: 3 Hubs de 4 sectores en Bogotá 2 Hubs de 4 sectores en Medellín 1 Hub de 4 sectores en Cali 1 Hub de 4 sectores en Barranquilla 1 Hub de 4 sectores en Bucaramanga. Número de radios base por ciudad Se posee gestión centralizada y remota de la red, por lo cual se incluyen cuatro (4) procesadores de control (CP) ubicados en las ciudades de Bogotá, Medellín y Cali localizados con los respectivos switches ATM en cada ciudad. La información de gestión es transportada en banda desde los CP hasta el Gestor de elemento de MINI-LINK BAS en el NOC de la ciudad de Medellín por la red backbone ATM de Flycom. Los terminales de acceso (AT) se configuran inicialmente con dos puertos. Se entiende que un usuario utilizará un puerto físico en el AT. Este puerto físico puede ser E1 (Estructurado y No estructurado) o Ethernet/Fast Ethernet. Un AT puede albergar desde 2 hasta 8 de estos puertos físicos. El estado del arte en otros países: Europa Oriental (particularmente el Reino Unido) posee un servicio muy bien soportado en el espectro MVDS cercano a 40 GHz. Actualmente está en desarrollo y ofrece servicios análogos unidireccionales. Canadá, Argentina, Francia, Corea, Las Filipinas, Rumania y Venezuela tiene espectros LMDS en operación. EDGE Enhanced Data Rate for GSM Evolution Evolución GSM para la mejora en la velocidad de datos EDGE es una tecnología de radio de banda angosta (canales de 200 kHz) con red móvil que permite que las redes actuales de GSM ofrezcan servicios de 3G dentro de las frecuencias existentes. Como resultado evolutivo de GSM/GPRS, EDGE es una mejora a las redes GPRS y GSM. GPRS es una tecnología portadora de datos que EDGE refuerza con una mejora de la interfaz de radio, y proporciona velocidades de datos tres veces mayores que las de GPRS. Añadir EDGE a la red de GPRS significa aprovechar en toda su extensión las redes de GSM y reducir el costo de su implementación. Así, EDGE representa una solución fácil, incremental del coste que sea una de las rutas más rápidas a desplegar los servicios de 3G. EDGE puede aumentar el rendimiento de la capacidad y producción de datos típicamente al triple o cuádruple de GPRS, proporcionando así un servicio de 3G espectralmente eficiente. En particular, EDGE permitirá que se exploren todas las ventajas de GSM/GPRS, con el establecimiento de una rápida conexión, mayor amplitud de banda y velocidades en la transmisión de datos medios de 80-130 Kbps y tan rápidas como 473 kbps. El EDGE incluye conmutación por circuitos (ECSD – Enhanced Circuit Switched Data) con tres canales nuevos de tráficos (E-TCH - Enhanced Traffic Channels) como conmutación por paquetes (EGPRS – Enhanced General Packet Radio Service). EDGE opera en la red GSM y no requiere de licencias adicionales a los operadores. Nokia posee 50 referencias públicas de la red EDGE a nivel mundial, y ha lanzado 44 terminales con capacidad EDGE. Ventajas de EDGE o EDGE es una solución 3G diseñada específicamente para integrarse al espectro existente, permitiendo así a que los operarios ofrezcan nuevos servicios de 3G con licencias de frecuencia existente al desarrollar la infraestructura inalámbrica actual. o EDGE ofrece servicios de Internet Móvil con una velocidad en la transmisión de datos a tres veces superior a la de GPRS. o EDGE y UMTS complementan las tecnologías de 3G; las decisiones de la red de UMTS no se verán afectadas por el cambio de GSM a EDGE y viceversa. o o El equipo de EDGE también opera automáticamente en modo de GSM/GPRS. EDGE será una característica estándar en terminales y soluciones GSM y UMTS, con un costo similar al de GSM hoy en día. o EDGE proporciona ahorros en los costos, cuando se requiere de una capacidad más alta, velocidades superiores en la transmisión de datos o mejor calidad de servicio en las frecuencias actuales. o EDGE maximiza la cuota de comercialización de 3G y el margen de ganancia de 3G para los operarios de GSM, TDMA y UMTS. o EDGE esta diseñada para integrarse a la red de GSM ya existente, lo que reducirá el costo cuando se implementen sistemas de 3G a nivel nacional; al desarrollar la infraestructura existente, se acorta el tiempo de comercialización con un lanzamiento rápido y fácil. o Cuenta con la posibilidad de manejar paquetes de datos a altas velocidades lo cual permite tener acceso a una gran variedad de aplicaciones y servicios de la siguiente generación, incluyendo mensajes de texto y multimedia, video y audio de gran calidad, acceso a Internet de gran velocidad y descarga de archivos de gran tamaño. APLICACIÓN Comcel trae al país la tecnología EDGE Comcel, presento una nueva tecnología para sus usuarios de telefonía celular en el país. En esta ocasión se trata de la implementación de la tecnología EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution, Velocidad de Datos Mejorada para Evolución de GSM), con la que los usuarios tendrán mayor velocidad de transmisión de datos. Se trata de una de las mejores tecnologías del momento a nivel mundial, con la cual los usuarios tendrán mayor velocidad de transmisión de datos y podrán convertir su celular, en un reproductor de video en tiempo real, bajar archivos de gran tamaño y acceso a video y servicios de multimedia con mayor rapidez. Desde ahora, gracias a las nuevas tecnologías que presento Comcel, los usuarios podrán, entre muchas otras cosas, ver el estado del tránsito, utilizar aplicaciones de seguridad, tener en la pantalla de su celular los cortos de las últimas películas o videos musicales, emocionarse con los mejores momentos de la válida de la Fórmula 1 desde Bahrein o Shangai y saber cuáles fueron los mejores goles de su equipo favorito. Actualmente, una red 3GSM al igual que una red CDMA 2000, ofrece transmisión de Datos a velocidades que están entre 30 y 40 Kbps y con algunas mejoras pueden llegar hasta 60 Kbps. Con la adición de EDGE en GSM/GPRS el usuario final podra obtener velocidades entre 80 y 145 Kbps, el doble de lo que a la fecha ha podido entregar una red CDMA 2000 1X. Cumpliendo nuestro compromiso con Colombia y especialmente, con nuestros usuarios, de entregarles día a día la implementación de nuevas tecnologías encaminadas hacia el bienestar y facilidad en la comunicación, hoy nos sentimos orgullosos de ofrecerles uno de los mejores sistemas de transmisión inalámbrica de datos sin precedentes en el país: EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution, o traducido en español: Velocidad de Datos Mejorada para Evolución de GSM) comento Adrián Hernández Presidente de Comcel. El nuevo servicio está disponible desde el 26 de abril en las principales ciudades del país. Cabe señalar que para poder acceder a Edge se requiere tener un teléfono habilitado para esta tecnología. Actualmente Comcel ofrece los equipos Nokia 6230, 6200, 6620 y 3220, así como la tarjeta Sony Ericsson GC82 (que se les puede añadir a los computadores portátiles para que se conecten a la Red). Los Sony VAIO con conectividad EDGE de serie Estos computadores ya tienen wifi y Bluetooth incluido pero lo que se busca es que incluyan capacidades para conectarse a redes EDGE. Los nuevos modelos VAIO T vienen con la tecnología SmartWi, que permite a los usuarios pasar de una red WiFi a una red EDGE de Cingular. UMTS (UNIVERSAL MOBILE TELECOMMUNICATIONS SYSTEM). Evolucionada de la GSM donde se espera que la UMTS sea importante en las telecomunicaciones multimedia inalámbricas. WCDMA (CODE DIVISION MULTIPLE ACCESS) La WCDMA , es la tecnología de primer avance, que tiene la ventaja de tener una señal que se expande en frecuencia de acuerdo a un código. MODULACIÓN TIENE NUMEROSAS VENTAJAS Alta seguridad y confidencialidad de acuerdo a técnicas Ofrece roaming y cobertura a nivel mundial Altas velocidades de transmisión Alta resistencia a las interferencias. PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS La UMTS ofrece: • Facilidad de uso y bajos costos: proporcionará servicios de uso adaptable • Nuevos y mejorados servicios: servicios de voz de alta calidad junto con servicios de datos de información • Acceso rápido: capacidad de soportar altas velocidades de transmisión de datos de hasta 144 kbit • Transmisión de paquetes de datos: UMTS ofrece la transmisión de datos en paquetes y por circuitos fácil y Bibliografía : * RAD COM, Guía completa de protocolos de telecomunicaciones. – Serie de Telecomunicaciones 2002. Mc Graw Hill. * Tanenbaum Andrés S., Redes de Computadoras, Hall. Editorial Prentice * Stallings, William., Comunicaciones y Redes de Computadores. Editorial Prentice Hall. * Huidobro, José M. Redes y Servicios de Banda Ancha – Tecnologías y Aplicaciones – Serie de Telecomunicaciones 2004. Mc Graw Hill.