CAPÍTULO 1º

Introducción a los Sistemas de

Comunicaciones Móviles

José Mª Hernando Rábanos

Universidad Politécnica de Madrid

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RADIOCOMUNICACIÓN

Se define la Radiocomunicación como

Telecomunicación realizada por medio de ondas

radioeléctricas. Estas son ondas electromagnéticas

que se propagan por el espacio sin guía artificial y

tienen frecuencias comprendidas entre 30 kHz y unos

3000 GHz.

El enlace por ondas entre terminales, permite eludir su

conexión rígida por cable. Como consecuencia, la

radiocomunicación lleva implícita la UBICUIDAD y la

MOVILIDAD de los terminales.

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RADIOCOMUNICACIÓN (II)

Los elementos físicos que soportan las

Radiocomunicaciones se denominan Estaciones

Radioeléctricas.

Las Estaciones pueden clasificarse:

− Por su función

• Transmisoras (TX)

• Receptoras (RX)

• Mixtas (TRX)

− Por su movilidad

• Fijas (FS)

• Móviles (MS)

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RADIOCOMUNICACIÓN (III)

− Por su ubicación

• Terrenales

• Espaciales

En el caso de estaciones TRX, han de disponerse

mecanismos de separación de las funciones de

Transmisión y Recepción (Duplexión).

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TIPOS DE RADIOCOMUNICACIONES

Los sistemas de Radiocomunicaciones pueden

clasificarse, según su cobertura en:

– Sistemas punto a punto

Ej: Radioenlaces de microondas.

− Sistemas punto a multipunto

Ej: Bucle de abonado inalámbrico (WLL)

Sistemas inalámbricos de banda ancha (WIFI,

WIMAX)

− Sistemas zonales

Ej: Radiodifusión

Sistemas Móviles

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CARACTERISTICAS DE LOS SISTEMAS RADIOCOMUNICACIONES

1) Explotación: Hay 3 modos de explotación:

− Símplex (SX): Transmisión alternativa en uno u otro

sentido. En comunicaciones móviles la transmisión

símplex requiere el uso de un conmutador (PTT: Push-To-

Talk) para pasar de transmisión a recepción. Se realiza

con una o dos frecuencias portadoras.

− Dúplex (DX): Transmisión simultánea en ambos sentidos.

Requiere dos frecuencias portadoras y el uso de un

duplexor.

− Semidúplex (SDX): Transmisión símplex en una estación

y dúplex en otra. Se utiliza cuando hay estaciones

repetidoras. Requiere dos portadoras.

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TX

RX

TX

RX

TX

RX

TX

RX

TX

RX

TX

RX

TX

RX

TX

RX

BS MS

MS

MS

MS

BS

BS

BS

SIMPLEX UNA FRECUENCIA

SIMPLEX DOS FRECUENCIAS

SEMIDUPLEX DOS FRECUENCIAS

DUPLEX DOS FRECUENCIAS

F1

F1

F1

F1

F1

F2

F’1

F’1

DPX

DPX

DPX

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2) Enlaces

− En los sistemas de radiocomunicaciones zonales

(radiodifusión, móviles) hay una estación radio central

y otras dispersas por la zona de cobertura.

− Se definen dos clases de enlaces:

• Enlace Descendente (DL)

Comunicación en el sentido Estación Central a

Estaciones Remotas.

• Enlace Ascendente (UL)

Comunicación en el sentido Estación Remota a

Estación Central.

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3) Modos de Operación

− Difusión: Transmisión desde un TX a múltiples

receptores. Característica de sistemas radioeléctricos

zonales unidireccionales.

− Contienda: Transmisión desde múltiples TX a un solo

RX (múlti-acceso). Requiere la utilización de

protocolos reguladores del acceso. Característica de

sistemas radioeléctricos multipunto y móviles.

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4) Limitación de Banda: Los recursos de

frecuencias son limitados por lo que debe

optimizarse la relación.R/B = velocidad de información / anchura de banda

(bit/seg/Hz)

− Hay dos tipos de transmisiones:

• De banda estrecha R/B >1

Sistemas sencillos y sensibles a las perturbaciones.

• De banda ancha R/B <<1

Sistemas complejos y resistentes a las

perturbaciones.

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5) Calidad: Se expresa por la Tasa de Bits Erróneos

(BER: Bit Error Rate).

− El medio de transmisión radio introduce perturbaciones

tales como ruido, interferencias y multitrayectos que

están presentes en la recepción y afectan a la calidad

de la señal recuperada.

− El grado de afectación depende básicamente de la

relación entre las potencias de la señal y las

perturbaciones:

• Señal deseada / ruido.

• Señal deseada / interferencias.

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Estas relaciones deben superar unos valores

determinados para asegurar una cierta calidad de

señal. Ello implica la existencia de valores umbral

de potencia de la señal deseada por debajo de los

cuales un sistema de radiocomunicación no se

considera operativo.

Valores usuales son:

Referencia BER 10-3

Usuario BER 10-6

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SEPARACION DE LAS EMISIONES

La emisión de una onda modulada ocupa un

“volumen”: espacio-tiempo-frecuencia-código dentro

del cual no puede haber otra emisión por motivos de

interferencia.

Por tanto las emisiones deben separarse entre si en

alguna de esas dimensiones.

La modalidad de separación define la técnica de

multiacceso.

13

14

TÉCNICAS DE MULTIACCESO EN RADIOCOMUNICACIONES

Se utilizan para la compartición de los escasos

recursos radioeléctricos por parte de grupos de

usuarios.

En comunicaciones móviles se utilizan cuatro tipos de

técnicas:

− Acceso múltiple por división de frecuencia: FDMA.

− Acceso múltiple por división de tiempo: TDMA.

− Acceso múltiple por división de código: CDMA.

− Multiplexación espacial: SDMA

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Las técnicas de multiacceso están combinadas con

los métodos de modulación:

– La FDMA, con modulación de frecuencia analógica

(FM).

– La TDMA y CDMA, con modulaciones digitales de

frecuencia (MSK), de fase (PSK) o amplitud-fase

(MQAM)

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SEPARACIÓN EN FRECUENCIA

Se llama canal a la anchura de frecuencias reservadas

para una radiocomunicación.

Dada una banda de frecuencias B, se denomina

canalización f al módulo utilizado para la subdivisión

de la banda.

En las radiocomunicaciones móviles se reservan dos

sub-bandas para los enlaces ascendente y

descendente.

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Un radiocanal es una pareja de frecuencias

portadoras (para UL y DL).

El número de radiocanales disponibles en una banda,

es:

N = B / f

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En GSM B = 25 MHz

f = 0,2 MHz

N = 125 radiocanales

EJEMPLO

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FDMA

Transmisiones simultáneas e ininterrumpidas

separadas en frecuencia, empleando distintas

portadoras.

El receptor, mediante la sintonización, selecciona el

canal deseado.

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CARACTERÍSTICAS DE FDMA

Tecnología madura y experimentada.

Para sistemas de baja / mediana densidad de tráfico.

Banda estrecha: Influye el multitrayecto.

Sencillez de realización de equipos.

Complejidad de las estaciones base multicanales.

Escasa versatilidad.

Dificultad inserción señalización asociada a la

llamada.

Limitaciones para la mejora de la calidad.

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SEPARACIÓN EN TIEMPO

Se llama trama a un período de tiempo de recurrencia

que se divide en períodos más pequeños llamados

intervalos.

Se separan en el tiempo las emisiones de distintos

usuarios asignando a cada uno un intervalo diferente

de la trama.

La transmisión / recepción de un usuario genérico N, se

realizará en el intervalo N de cada trama.

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TDMA

Transmisión simultánea, pero discontinua, en la

misma frecuencia portadora de ráfagas o paquetes de

información por los distintos usuarios.

Cada receptor selecciona la ráfaga con su número e

ignora las demás

BS

MS1 MS'1MS2 MS'2MS3 MS'3

TDMA

Trama

TDM

Trama

BS

MS1 MS'1MS2 MS'2MS3 MS'3

TDMA

Trama

TDM

Trama

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CARACTERÍSTICAS DE TDMA

Complejidad de acceso: Estricta sincronizacióntemporal.

Para sistemas de alta capacidad de tráfico.

Simplificación estaciones base multicanales.

Retardo en la comunicación.

Elevada versatilidad.

Necesidad de digitalización de la información.

Facilidad inserción señalización asociada a la llamada.

Permite conseguir una alta calidad.

Potencia media reducida.

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COMPARACIÓN FDMA / TDMA

MULTIACCESO

FDMA Estación base:

Tantos equipos

TRX como

radiocanales

Estación base: Cada

TRX 8 radiocanales

MULTIACCESO TDMA

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MULTPLEXACIÓN ESPACIAL SDMA-1

Transmisión de dos o más flujos de información

mediante múltiples antenas (sistema MIMO).

TX RX

Se utiliza la misma frecuencia.

Uno o más usuarios.

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SEPARACIÓN EN ESPACIO SDMA-2

Se llama célula a la región cubierta por una estación

de base.

Puede utilizarse la misma frecuencia en dos células

separadas entre sí lo suficiente para que la

interferencia mutua sea despreciable.

Para ello la relación de potencias

debe superar cierto valor umbral.

2D1D S/Steinterferen señal p.

deseada señal p.

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CDMA

Transmisión simultánea e ininterrumpida de varias

comunicaciones en la misma frecuencia pero con

códigos de canal diferentes.

El receptor acepta solo las señales que traen su

propio código y expande las demás, considerándolas

como ruido.x(t) · c(t)1 1

x(t) · c(t)2 2

x(t) c(t) c(t)

x(t) c(t) c(t)

1 1 1

1 2 1

x(t) c(t) c(t)

x(t) c(t) c(t)

2 2 2

1 1 2

c(t)1

c(t)2

Receptor 1

Receptor 2

Transmisor 1

Transmisor 2

x1

x2

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CARACTERÍSTICAS DE CDMA

Gran anchura de Banda (Espectro Ensanchado).

Resistente a las interferencias.

Produce interferencia moderada

Gran capacidad de tráfico.

Requiere estricta sincronización y control de la potencia.

Estación base monocanal.

Tecnología muy compleja.

No requiere planificación de frecuencias.

Necesidad de digitalización de la información.

Elevada calidad.

Traspaso de llamadas muy eficaz

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RADIOCOMUNICACIONES MÓVILES

Servicio de Radiocomunicación entre estaciones

terrestres móviles y estaciones fijas o entre

estaciones móviles.

CLASES

− Servicio Móvil Terrestre

− Servicio Móvil Marítimo

− Servicio Móvil Aeronáutico

• Terrenal

• Por Satélite

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Aprovechan el carácter inalámbrico de los enlacesradioeléctricos para conseguir

− Ubicuidad

− Movilidad

Permiten el intercambio de información diversa

− Voz

− Datos

− Fax

− Teleacción

− Vídeo

entre terminales móviles (vehículos, personas) y

terminales fijos (Puestos de Control, Teléfonos) o

móviles entre sí con unas características de calidad

determinadas.

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La información útil constituye el Tráfico.

Deben intercambiarse también señales adicionales

para:

− Establecimiento / Liberación de las llamadas.

− Supervisión de la Comunicación.

− Protección de la información útil contra las

perturbaciones.

Tal información supletoria se denomina genéricamente

Señalización.

La Señalización puede intercambiarse junto con el

tráfico (Señalización Asociada) o utilizando recursos

específicos (Señalización Común).

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CARACTERÍSTICAS DE CALIDAD

1. COBERTURA

• Extensión Superficial

Local

Regional

Nacional

Internacional

• Cualificación

Calles

Carreteras

Bosques

Interiores

Subterráneos

Túneles

• Completitud

Porcentaje Ubicaciones

Porcentaje Temporal

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2. TIPO DE TERMINAL

De vehículo

Transportable

De Mano

3. CAPACIDAD DE TRÁFICO

Probabilidad de Espera

Probabilidad de Pérdida

4. FIABILIDAD

Porcentaje de Interrupciones

5. FIDELIDAD

Relación Señal / Ruido

Relación Señal / Interferencia

Tasa de Errores

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COMPOSICIÓN DE UN SISTEMA DECOMUNICACIONES MÓVILES

1. ESTACIONES RADIOELÉCTRICAS

1.1 ESTACIONES FIJAS (FS)

Estaciones de Base (BS)

Estaciones de Control (CS)

Estaciones Repetidoras (RS)

1.2 ESTACIONES MÓVILES (MS)

Estaciones de vehículo.

Estaciones transportables.

Estaciones portátiles.

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2. EQUIPOS / SISTEMAS DE CONTROL

− Controladores de BS.

− Sistemas de Concentración.

− Nodos de Conmutación.

− Centros de Operación y Mantenimiento.

− Centros de Autentificación y Verificación.

− Registros de usuarios.

− Centros de despacho.

− Pasarelas con redes externas.

− Equipos de transmisión.

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CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS GENERALES DE SISTEMAS MOVILES

SISTEMAS DE RADIOTELEFONÍA (Two-way Radio)

Enlace Bidireccional

E. Descendente (DL: Down-Link) BS MS

Rango o Alcance (Talk – Out).

E. Ascendente (UL: Up-Link) MS BS

Retroalcance (Talk – Back).

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SISTEMAS DE RADIOMENSAJERÍA (Paging)

Enlace Unidireccional

BANDAS DE FRECUENCIAS

− Bandas VHF

• Baja: 30 – 80 MHz.

• Alta: 140 – 170 MHz.

• Banda III: 223 – 235 MHz.

− Bandas UHF

• Baja: 406 – 470 MHz.

• Alta: 862 – 960 MHz.

• Banda 1800 – 2100 MHz.

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TECNICAS DE MULTIACCESO

Por división de frecuencia: FDMA.

Por división de tiempo: TDMA.

Por división de código: CDMA.

Por división de espacio (celular): SDMA

TIPO DE MODULACION

Sistemas analógicos (FM).

Sistemas digitales (FSK, GMSK, PSK).

TIPO DE EXPLOTACIÓN

Símplex (SD).

Semidúplex (SDX).

Dúplex (DX).

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TIPO DE INFORMACIÓN

Voz (Analógica o Digitalizada).

Datos (Radiomática).

Teleacción.

Vídeo.

LIMITACIÓN DE COBERTURA

Por ruido.

Por interferencia.

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CLASES BÁSICAS DE SERVICIOS MÓVILES

Sistemas Privados: Despacho

− PMR (Private Mobile Radio)

− PAMR (Public Access Mobile Radio)

Sistemas Públicos: Telefonía-Telecomunicación

− PLMN (Public Land Mobile Network)

− CT (Cordless Telecommunications)

− WLL (Wireless Local Loop)

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SISTEMAS DE RADIOTELEFONÍA PRIVADA (PMR)

Redes de Comunicaciones Móviles sin conexión a la

Red Telefónica Pública Conmutada (RTPC = PSTN).

Orientados a Servicios de Despacho.

Transmisión de voz predominante.

Servicios especiales propios de la aplicación.

Usuarios muy activos.

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Llamadas de grupo.

Redes de propiedad privada, pequeñas y muy

numerosas.

Coberturas generalmente locales.

Modo directo.

Señalización analógica sencilla.

Operación SX/SDX con PTT.

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SISTEMAS DE RADIOTELEFONÍA PÚBLICA (PLMN)

Redes autónomas de Telecomunicaciones con

conexión a la PSTN y a otras redes (ISDN, PDN,

...).

Los usuarios han de utilizar el terminal como un

teléfono convencional.

Usuarios poco activos.

Calidad vocal como en la red fija.

Llamadas individuales.

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Cobertura muy amplia (país, continente) con

tecnología celular.

Amplia gama de servicios básicos y

suplementarios.

Buzón.

Datos

Multimedia

Redireccionamiento.

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EVOLUCIÓN RADIOCOMUNICACIONES MÓVILES TERRENALES

Radiotelefonía

Sistemas Privados

(PMR) (despacho)

Señalización Tonos

(CTCSS, SELCALL)

Sistemas Voting

Sist. Isofrecuenciales

Señalización Digital

Sist. Trunking (PAMR)

Analógicos(MPT1327)

Radiomensajería

Sistemas Públicos

(PLMN)

Sis. Inalámbricos

(W-PABX)

Sistemas

Públicos

Sistemas

Privados

Sistemas Trunking

Digitales (TETRA)

Sistemas de

Movilidad AVL

SIMULCAST

Sistemas Celulares

1ª Generación

(NMT, TACS, AMPS)

Sist. Celulares

2G (GSM)

D-AMPS

IS-54

IS-95

JDC/PHS

Sist.

TFTS

Sist. GSM-1800

Teléfonos

sin cordón (CT)

Analógicos (CT1) Telepunto

Digitales (CT2-CAI)

Sistemas DECT

IMT2000

UMTS

cdma2000

IMT2000 Advanced LTE

Analógicos

Tono/Voz

Analógicos

Tono/Voz

SIMULCAST

Alfanuméricos

(POCSAG,EUROSIGNAL)

Digitales

(ERMES)