LOCALIZADOR DE COCHES GPS PROGRAMADO CON GSM CAPÍTULO V GSM 1 LOCALIZADOR DE COCHES GPS PROGRAMADO CON GSM 5.1 Inicios de la telefonía móvil la utilización de la radio para la comunicación en movilidad es una idea que surgió con los primeros experimentos de transmisión a larga distancia por el italiano Guillermo Marconi, realizados a comienzos del siglo XX, en los que se instalaron los primeros sistemas de “radio móvil” sobre vehículos con apariencia de tranvías. El primer servicio de telefonía móvil fue utilizado por la policía de Detroit en los años 20 y 30. Desde entonces han aparecido y se han desarrollado muchos Sistemas. En este proceso, se han sucedido muchos avances, tanto tecnológicos como teóricos que fueron sentando las bases de la situación actual. Entre los primeros cabe destacar el desarrollo del transistor, inventado a finales de los años 40 por los Laboratorios Bell y el desarrollo de los circuitos integrados, que permitió la actual revolución en la microelectrónica, con la consiguiente reducción de tamaño y precio que ha permitido la extensión y popularización de muchos dispositivos La invención de la modulación dc frecuencia (FM) supuso un paso importante, al permitir acercarse: al objetivo de un sistema mucho más resistente que los AM a las interferencias, permitiendo, por primera vez, el intercambio de calidad por ancho de banda. La modulación digital y el desarrollo dc los códigos de protección contra errores son otros pasos en la misma dirección. El desarrollo de las técnicas de acceso múltiple por código (CDMA) es uno de los últimos pasos en este sentido, aunque su origen se remonta mucho más, que se utilizaron en las comunicaciones militares durante la II Guerra Mundial. El desarrollo del concepto celular ha sido otro de los hitos más importantes para la evolución de las comunicaciones móviles; esto es, un sistema compuesto por un conjunto de estaciones base coordinadas, donde se reutilizan las frecuencias disponibles. Lo que permite que un único sistema tenga una extensión y capacidad prácticamente ilimitadas, haciendo las células cada vez más pequeñas. De forma complementaria, las funciones de roaming (itinerancia) y handover (traspaso de las llamadas) permiten que los usuarios puedan moverse libremente a través del sistema sin percibir el cambio de una estación de base a otra, o de un canal de comunicación a otro. En los sistemas digitales, como son el GSM o el UMTS, la itinerancia hace que se puedan cursar comunicaciones, incluso cambiando de país. Paralelamente a estos desarrollos se ha producido un avance en la extensión de los servicios. Los sistemas iniciales estaban concebidos para usuarios especiales (militares. Policías, etc.) y. por lo tanto, solamente ofrecían voz. En este momento, la base de clientes es cada vez mayor, 2 LOCALIZADOR DE COCHES GPS PROGRAMADO CON GSM siendo la penetración de este tipo de sistemas en sociedades avanzadas superior incluso al 100%. Los tres pilares que han permitido. esta popularización han sido la reducción del precio, el incremento de la calidad y capacidad y la multitud de aplicaciones disponibles, no teniendo nada que ver los actuales terminales smart phones con los antiguos terminales de más de un kilogramo de peso. El peso de las aplicaciones cada día cobra más fuerza en la implantación de la telefonía móvil. Como se ha comentado, los teléfonos actuales son muy distintos de los de hace unos años y, si bien coexisten en el mercado terminales de gama baja, media y alta, la tendencia es hacia la proliferación de estos últimos, suministrados no solo por loa fabricantes tradicionales (Nokia, Samsung, LG, Ericsson, Motorola, HTC, etc), sino por otros como Apple, con sus famosos iPhone, o Google con su Nexus, además de presentarse toda una batalla en cuanto a los sistemas operativos que estos incorporan (Android, iOS, etc.) y a las aplicaciones que se ofrecen, lo que ha hecho proliferar las llamadas Apps Stores para la venta online de las mismas. Aunque los sistemas de comunicaciones móviles han alcanzado una gran diversidad de formas, una clasificación clásica permite distinguir tres grupos principales de redes privadas, semipúblicas y públicas, que hacen uso de tecnologías muy diversas las más de las veces combinando varias, ya que una resulta más adecuadas o rentables que otras para ciertas aplicaciones. Además de estas aplicaciones, se encuentran muchas otras, entre las que cabe destacar la radio afición, extendida por todo el mundo y con millones de seguidores. 5.1 Radioaficionados La radio afición conocida como Ham Radio en inglés, es una afición que disfruta millones de personas en todo el mundo. Los radioaficionados se comunican entre sí para intercambiar todo tipo de información y, en casos de emergencia en los que las comunicaciones tradicionales fallan, son de gran ayuda para mantener el contacto y tramitar solicitudes de ayuda. La comunicación no solo es de voz, sino que existen otras modalidades, y a los mismos equipos de radio que se usan en voz se les puede conectar un ordenador personal con un módem adecuado. Existen protocolos digitales para enlazar 2 o más ordenadores, y también modulaciones para enviar imágenes. Varios avances alcanzados dentro de la radioafición han sido adoptados, en usos profesionales: la onda corta, la banda lateral única, los satélites de órbita baja, el packet radio, etc. Los modos de comunicación son ssb, cw, rtty, packet radio, fm. Las bandas clásicas de 3 LOCALIZADOR DE COCHES GPS PROGRAMADO CON GSM frecuencias más usadas son 160m, 80 m, 40 m, 30 m, 20 m, 17 m, 15 m, 12 m, 7 m, 6 m, 2m y 70 cm, mientras que la potencia máxima autorizada va desde 1 hasta 1000 vatios, dependiendo de la banda de frecuencias. Se utilizan distintas bandas y por lo tanto su alcance varia: así, mientras la onda corta (HF, de 3 a 30 MHz), con buena propagación, permite cubrir prácticamente todo el mundo, la VHF (144 MHz) y bandas superiores, en general, tienen un alcance local (decenas de kilómetros), pero de vez en cuando hay aperturas de propagación que, con los equipos adecuados, permiten cubrir distancias de hasta 2.000 o más kilómetros. También existen repetidores analógicos y digitales, así como satélites construidos por y para radioaficionados. 5.2 La banda ciudadana (CB-27) Otro tipo de comunicación, surgida en 1958 en EE.UU. pero popularizada en las décadas de los 70 a los 90, muy extendida debido a que es de libre uso -público— y no necesita licencia, es la banda ciudadana, banda civil o Citizen’s Band (CB) Radio Service, conocido simplemente como CB, que permite una comunicación bidireccional. Inicialmente se utilizó con equipos instalados en coches y camiones, pero conforme el peso y consumo de energía de los equipos ha ido disminuyendo, se ha ido incorporando a equipos de sobremesa y portátiles. El equipo CB-27 es un transmisor y receptor (transceptor) de radiocomunicaciones, destinado a intercambiar mensajes hablados con fines de ocio y recreo, que utiliza cualquier frecuencia de las indicadas en la nota de utilización UN-3 del Cuadro Nacional de Atribución de Frecuencias (CNAF) en modalidad de “simples” (emisión y recepción alternativas). La banda en la que operan los equipos es la de 27 MHz (11 metros), con 40 canales con separación entre los adyacentes de 10 KHz, que va desde los 26,965 MHz hasta 27,405 MHz. La potencia de emisión no suele ser muy alta. Limitada a 100 mW para los equipos portátiles de libre uso, Pero con equipos fijos cuya antena está instalada permanentemente en una ubicación geográfica fija es mayor considerándose de “uso especial”, y con ellos se alcanzan incluso distancias superiores a varias decenas de kilómetros. Los equipos para comunicarse han de estar sintonizados en el mismo canal, por lo que al haber muy pocos, es muy fácil que se produzca la saturación, al menos en las zonas urbanas. 5.3 Redes privadas (PMR) En la ciudad norteamericana de Detroit, en 1921, para encontrar el primer sistema unidireccional de telefonía móvil que se implantó en los coches de la policía (tenía canales 4 LOCALIZADOR DE COCHES GPS PROGRAMADO CON GSM y frecuencias fijas, y funcionaba a 2 MHz), pero al solo poder recibir mensajes, se tenía que parar el coche y acudir a un teléfono fijo para entrar en contacto con la central. En el año 1928, el primer sistema de voz se puso en operación y, poco más tarde aparece ya un sistema de comunicaciones bidireccional a partir del cual se extiende las redes móviles a los servicios públicos asistenciales (Bomberos, Ejército, Ambulancia, etc.). En 1934, 194 sistemas de radio de policía municipal y 58 comisarías habían adoptado la amplitud modulada (AM), además de algunos particulares. Pero su funcionamiento no era satisfactorio; las 5.000 radios que se calcula estaban instaladas en los coches a mediados de los años 30 presentaban un gran problema: les afectaba la chispa de las bujías de los motores, aparte de que hacían un consumo excesivo de la batería del automóvil, lo que obligaba a éste a estar con el motor en marcha durante una llamada. Fue entonces, en 1935, cuando Edwin H. Armstrong realizó una demostración de frecuencia modulada (FM), sistema que se pondría a la cabeza de los medios de transmisión en todo el mundo, dada la mayor calidad que ofrece al no verse afectada por las interferencias comunes ni por la atenuación de la señal durante su recorrido. La II Guerra Mundial actuó como catalizador de numerosos desarrollos de telecomunicaciones para aplicaciones militares, de manera similar a como sucedió un par de décadas más tarde con el programa espacial de la NASA para aplicaciones civiles. Los progresos realizados permitieron una reducción drástica en el tamaño y peso de los equipos de radio móviles; también, se generalizó el uso del RADAR en aplicaciones civiles y militares. Surgieron entonces las terminales de mochila y otros modelos aún muy voluminoso, siendo Motorola la empresa líder en este sector. Así mismo, se creó una potente plataforma tecnológica que propiciaría tanto el perfeccionamiento de redes y servicios PMR (Private Mobile Radio) o radiocomunicaciones móviles privadas. 5.4 Redes Semipúblicas (PAMR) Las redes semipúblicas PAMR (Public Access Mobile Radio) o radiocomunicaciones móviles de acceso público, surgieron en los años 80 para aplicaciones que requerían un gran número de terminales. Aunque las comunicaciones de voz seguían siendo de tipo analógico, con modulación FM, la señalización en digital, y permitía la aplicación del principio de concentración con llamada automática y numerosos servicios, puesta en cola cuando había bloqueo, tratamiento de llamadas prioritarias y de emergencia, restricciones, limitaciones de duración, etc. Además, se hizo posible la transmisión en 5 LOCALIZADOR DE COCHES GPS PROGRAMADO CON GSM breve de señales de datos. Para muchas empresas pequeñas y entidades de servicios, este sistema resultaba muy ventajoso, ya que funcionaba como una red privada de comunicación; por ejemplo, compañías eléctricas, flota de autobuses, aeropuertos, taxis, etc. 5.4 Redes públicas móviles (PLMN) Por lo que respecta al primer sistema público de radio PLMN (Public Land Mobile Network), es decir, que cualquier persona podía contratar, empezó a funcionar con 3 canales, operando en la banda de 150MHz, aun cuando se habían previsto 6 canales separados 60 KHz, por AT&T y Southwestern Bell, en la ciudad de San Luis, Missouri, Estados Unidos, en 1945, que tuvo el privilegio de ver como en su colina más alta, que media unos 300 metros, se colocaba la primera antena. Estos sistemas utilizaban una única antena de alta potencia, en FM, que proporcionaba cobertura a una gran parte del área metropolitana. La capacidad de usuario no era muy elevada (un sistema de 6 canales podía manejar 200 conexiones), pero, aun así, tras el desarrollo de la radio y telefonía fija, y los avances que en este campo se realizaron en la II Guerra Mundial, compañías como General Electric, RCA, Motorola y AT&T comenzaron a comercializar diversos sistemas portátiles de comunicación y en menos de un año el servicio de telefonía móvil pública se había extendido ya a 25 ciudades estadounidenses. Fueron los llamados “generación 0”, en las bandas de VHF y UHF, y su planteamiento era instalar un transmisor central de gran potencia y buena altura de antena para conseguir un área de cobertura urbana lo más grande posible. Los equipos de los usuarios eran todos de tipo “embarcado” en el vehículo, el transceptor en el maletero debido a su gran tamaño, y con un terminal en el habitáculo interior que llevaba el disco para marcar y el auricular. Las llamadas eran semiautomáticas, porque, en algunos casos, debía intervenir una operadora. La evolución fue rápida; ya en junio de 1946, AT&T obtuvo la aprobación de la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC), creada por el Congreso de los Estados Unidos en 1934, para operar el primer servicio de telefonía móvil para coches. En 1947, los Laboratorios Bell presentaron el concepto de lo “celular”, que permitiría la reutilización de las frecuencias a través de numerosas estaciones base de baja potencia, cada una de las cuales proporciona servicio a una pequeña zona de cobertura denominada célula y, por lo tanto, el uso masivo del invento; aunque tardaría 30 años en desarrollarse, al faltar la técnica de paso de célula a célula (handover). A mediados de la década de los 6 LOCALIZADOR DE COCHES GPS PROGRAMADO CON GSM 60 aparecieron los primeros sistemas automáticos utilizando la técnica de acceso múltiple para aumentar la eficiencia y reducir costes, ademas se puso en funcionamiento el sistema bidireccional IMTS (Improved MóbileTelephone System) que incluía el trunking o encaminamiento automático de llamadas, servicio bidireccional y marcación directa. Las primeras pruebas de campo se llevaron a cabo en la ciudad de Harrisburg, Pensilvania, entre 1962 y 1964. En 1965 el servicio IMTS se había establecido en numerosas ciudades de Norteamérica, alcanzando los 3 millones de usuarios, pero la dotación de canales no era muy grande y el sistema se saturaba con facilidad, ya que disponía únicamente de 25 canales para dar servicio a zonas de radio entre 50 y 70 Km. (entre Boston y Nueva York llegó la cobertura a la autopista). El crecimiento de estos sistemas estuvo limitado por la falta de canales, el coste de los equipos y la baja eficiencia en la utilización del espectro, ya que se empleaban potencias de transmisión en las estaciones base de 200 vatios con radios de cobertura de unos 60 km y una distancia de reutilización de 200 km. A pesar de todo ello, el sistema estuvo en servicio en la zona del Pacífico hasta mediados de 1982, en que se desmontó. En 1970, la FCC reservó frecuencias para la tecnología celular, y en 1977 autorizó dos sistemas en pruebas, con tecnología AMPS (Advanced Mobile Phone Service): uno en Chicago (10 células cubriendo 21.000 millas cuadradas) y otro en el área de Washington-Baltimore, que se empezaron a probar en diciembre de 1978. Por fin, el 13 de octubre de 1983, la RBOC (Regional Bell Operating Company) Ameritech puso en servicio, en la ciudad de Chicago (Illinois), el primer sistema público de Estados Unidos, después de un extenso periodo de pruebas en el que los usuarios alquilaban los equipos para instalar en sus vehículos; sin embargo, ésta no fue la primera red móvil comercial del mundo, sino que dos países se le habrían adelantado: Arabia Saudita y Suecia, ambos con sistemas proporcionados por la compañía sueca Ericsson. 5.5 Los sistemas de telefonía vía radio Las comunicaciones móviles vía radio, aunque puedan parecer un fenómeno muy reciente, tienen más de 90 años de existencia, como se ha comentado. En la década de los 50, la compañía AT&T introdujo el concepto celular y tan solo hace unos 30 que su uso se empezó a generalizar, alcanzando a partir de 1995 un crecimiento espectacular. Los primeros sistemas, poseían características muy distintas de las que tienen los sistemas que hoy utilizamos. La telefonía móvil, tal y como hoy se conoce, se puede decir que comenzó a principios de la década de los 80, siendo los primeros sistemas 7 LOCALIZADOR DE COCHES GPS PROGRAMADO CON GSM analógicos: AMPS, NMT, ETAC, etc., pero a partir de la década de los 90 se implantó la tecnología digital, siendo GSM el estándar más extendido en el mundo. 5.6 Sistemas celulares y sin hilos Una de las aplicaciones de más éxito de las comunicaciones por radio es la telefonía móvil, que consiste en ofrecer el acceso vía radio a los abonados de telefonía, de manera tal que puedan realizar y recibir llamadas dentro del área de cobertura del sistema. Dentro de la telefonía móvil, tanto pública como privada, hay que distinguir entre lo que son los sistemas celulares de amplia cobertura y los denominados sin hilos de cobertura limitada, pues, aunque los dos utilizan el espectro radioeléctrico para enlazar con las estaciones base conectadas a las centrales telefónicas, las aplicaciones de y otro son muy distintas. También, hay que destacar que unas tecnologías radio son más apropiadas que otras, para determinadas aplicaciones, en función de la velocidad que aportan y el área o distancia que cubren. Los sistemas de comunicaciones móviles se pueden clasificar atendiendo a distintos aspecto, que sean de uso privado o público, que sean de corto o largo alcance, que sean celulares o no, que sean analógicos o digitales, que sean unidireccionales o bidireccionales, etc., todas ellas clasificaciones válidas, pero que, dada la variedad y complejidad de los sistemas, resulta difícil de hacer, ya que muchas de las veces un mismo sistema se puede catalogar dentro de varias categorías. 5.7 Generaciones de móviles Se identifican tres generaciones en la evolución de los sistemas móviles celulares, que en un principio se pueden asociar a la técnica de multiacceso que se utiliza FDMA, TDMA y CDMA, aunque no de una manera rigurosa, y su implicación con la movilidad se orienta a la manera de soportar cada vez más eficientemente las facilidades de handover y de roaming para el usuario. La primera generación, o sistemas analógicos como NMT, TACS y AMPS, concebidos inicialmente para transmisión de voz. En cuanto a movilidad del usuario, le permiten la transferencia de célula o handover con tiempos de conmutación menores de 500 milisegundos, presentándose interrupciones tan pequeñas para transmisión de voz que no afectan a la conversación. El proceso de transferencia de célula lo lidera el centro de comunicación móvil MSC (Mobile Switching Center) con el esquema de handover controlado por la red NACHO 8 LOCALIZADOR DE COCHES GPS PROGRAMADO CON GSM (Network Control HandOver). Las medidas de señal las realiza la estación base (BTS) y se transmite al MSC, donde residen los mecanismos en los que se fundamenta el traspaso, lo que ocasiona una gran carga de tráfico. Adicionalmente, la facilidad de “registro”, le permite al sistema conocer la ubicación del móvil en todo momento dentro de la zona de cobertura. En estos sistemas analógicos no es posible la interconexión entre sistemas de diferentes proveedores del servicio, como consecuencia no existe la posibilidad de roaming, lo que representa para el usuario limitación en su movilidad por no gozar de la facilidad de seguimiento internacional. La segunda generación, o sistemas digitales como D-AMPS, GSM y PDC, son sistemas orientados a soportar, además de la voz, los mensajes cortos (SMS) y la transmisión de datos, por lo que se espera que los retardos durante la transferencia de células sean tan cortos que no ocasionen interrupciones en la comunicación. Ya sea en el modo de envío de ráfagas de un sistema con técnica TDMA o en el modo de contención de dos canales lógicos durante la transferencia, en sistemas con técnica CDMA. La digitalización establece diferencias importantes en cuanto a movilidad sobre los sistemas analógicos, pues la introducción de plataformas de conmutación digital y el concepto de redes inteligentes brindan movilidad entre celdas con transferencias liderada por la estación móvil bajo el esquema de handover asistido por el móvil MAHO (Mobile Assisted HandOver), que toma como base las medidas realizadas por la estación base (canal ascendente), a las que se añaden las medidas realizadas por el propio terminal en el enlace descendente, ya que ambos no son simétricos. Generación 2.5. Se suele hablar de una generación intermedia entre la 2G y la 3G, que incluye, básicamente a GPRS (General Packet Radio Service), que se diseñó como una tecnología para transferir paquetes utilizando la interfaz radio de GSM, y a EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) que ofrece unas mejores prestaciones que GPRS. Para ello se requieren ciertos cambios tanto a nivel software como hardware en la red existente, así como la introducción de algunos elementos nuevos. Así se superpone al sistema GSM una red de trasnporte IP (IP Backbone), que trabaja en paralelo al núcleo clásico de GSM y cuya función es realizar la conmutación de paquetes y las conexiones a Internet y otras redes de datos por paquetes. 9 LOCALIZADOR DE COCHES GPS PROGRAMADO CON GSM La tercera generación, donde GSM, TDMA y CDMA evolucionan con GPRS y EDGE hacia UMTS, HSPA HSPA+ y cdma2000. La preocupación por su desarrollo tecnológico estriba en universalizar los servicios junto a las redes que los soportan (soporte de roaming internacional), estandarizar el terminal de usuario integrado en una sola unidad multifuncional, portátil (de bajo peso y batería de larga duración), optimizar la cobertura de grandes áreas geográficas y atender demandas específicas, adoptando para ello una arquitectura con células de distinto tamaño (macro, micro y pico) En CDMA (Code División Múltiple Access), la técnica empleada en UMTS (WCDMA), no hay traspaso MAHO entre frecuencias, ya que todos los móviles utilizan la misma, lo que ha imposible el uso de estructuras jerarquizadas de células con distinta frecuencia, esto provoca ciertas dificultades, y lo que se hace es un control en potencia. El traspaso es blando, ya que cuando un terminal móvil sobrepasa el nivel de potencia del borde de una célula debe ajustar su potencia en la nueva célula para no interferir. Para entender mejor este proceso hay que saber que la potencia es función de la distancia del terminal a la estación base; así, cuando más alejado, mayor nivel de potencia, y si el móvil está en el borde de una macrocélula (potencia alta) y se aproxima a una microcélula (potencia baja), debe cambiar su nivel de emisión para no causar una interferencia que distorsione la comunicación. La cuarta generación, de la que LTE (Long Term Evolution) y, en meno medida WiMAX son sus máximos exponentes, permite una gran velocidad de datos, pudiendo llegar incluso en el futuro hasta 1 Gbit/s. LTE es una tecnología definida por el 3GPP (3 Generation Partnership Proiect), donde participan los principales operadores y fabricantes para definir los estándares. Por su parte, WiMAX es un sistema de comunicación digital inalámbrico definido en el estándar del IEEE 802.16 para redes de área metropolitana que provee comunicaciones de banda ancha con cobertura amplia. En su caso, el estándar 802.16m, conocido como WiMAX móvil, es el que se emplearía para servicios de 4G, no los otros, que son más bien para conexiones punto a punto. 10
