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Telefonía Celular

En la década del 70 comenzó aemplearse el sistema IMTS en losEstados Unidos de Norte América,que permitía la comunicación entreabonados movilizados a bordo de di-ferentes automóviles, quienes tam-bién podían establecer comunicaciónentre abonados fijos de la red telefó-nica convencional (con tendido decables).

Para una mejor definición ITMSsignifica "Sistema de Telefonía MóvilMejorado" y es bastante similar al

sistema de telefonía celular que hoyes ampliamente utilizado tanto ennuestro país como en el resto delmundo. En el libro “Telefonía” (figuraA), se expone este tema detallada-mente, razón por la cual con la clave:celular191 Ud. puede obtener denuestra web un capítulo completo dedicho libro que habla sobre TelefoníaCelular. También le comentamos quepor ser lector de esta edición, si llamaen Argentina al teléfono (011) 4301-8804 y menciona la clave que reciénhemos dado, puede adquirir este tex-to con un 30% de descuento.

Teléfonos Celulares:Teléfonos Celulares:Funcionamiento, Diagrama en Bloques

Problemas ComunesProblemas ComunesLos teléfonos celulares se han multiplicado en losúltimos tiempos como consecuencia de la granoferta existente y por los servicios que pres-tan. Un mismo teléfono puede ser “desblo-queado” para que funcione con el servicioprestado por diferentes compañías y así asig-narle un número de usuario determinado. Ade-más, existen diferentes prestaciones referen-tes a la programación del aparato a las cualesno tienen accesos los usuarios. En esta notabrindaremos detalles de lo mencionado, acla-rando que estos conocimientos se dan a losefectos de formar e informar a los técnicos en el fun-cionamiento y la reparación de los teléfonos celulares.No nos hacemos responsables del mal uso que se le pueda dar a esta información aclaran-do que el desbloqueo de un aparato sin la debida autorización está penado por la Ley.

Autor: Ing. Horacio Daniel Vallejoe-mail: hvquark@ar.inter.net

ARTÍCULO DE TAPA:

Figura A

Damos a continuación algunostérminos básicos referentes a la tele-fonía móvil:

TrunkingSe llama "trunking" a un conjunto

de varios canales combinados, queofrece automáticamente la estaciónmóvil de cualquier canal que esté li-bre, para que origine o reciba llama-das. Con esta técnica se aprovechómucho mejor el espectro de frecuen-cias y así aumentó la eficiencia deltráfico telefónico. El sistema funcionóbien en la década del setenta, tras laconstrucción de sintetizadores de fre-cuencia que sintonizaban varias fre-cuencias al mismo tiempo.

SMC: Sistema Móvil CelularLa solución para todos los proble-

mas presentados en el sistema móvilconvencional residen en la creaciónestructural de las celdas, que contie-nen transceptores que operan en po-tencia baja, en que poseen frecuen-cias distintas y consiguen capturar laseñal de un abonado que esté dentrode su radio de acción. Surgió enton-ces el SMC (Sistema Móvil Celular),en el que son distribuidas celdas quecontienen, cada una, un equipo deradio transmisor/receptor denomina-do EBRF (Estación Base de Radio-frecuencia).

CeldasUna celda es una área determina-

da que recibe la cobertura de unaEBRF y que mantiene la calidad detransmisión y recepción dentro de losestándares establecidos por el siste-

ma. Para entender mejor el tema,imaginemos que el terreno que rodeala antena de la EBRF es todo plano yque no hay obstáculo alguno, el áreaabarcada por el transmisor será cir-cular. Sin embargo, en la práctica, noes así, porque tenemos edificos, des-niveles, árboles, etc. y la situación sepresenta diferente. Aparecen regio-nes donde la EM (Estación Móvil) noconsigue captar la señal provenientede la EBRF, llamadas Regiones deSombra.

Como representación gráfica seadoptó el formato de un hexágono ylos hexágonos agrupados uno al ladodel otro tal como podemos observaren la figura 1.

Existen celdas sectorizadas enlas cuales, las antenas se montan detal forma que tengan 3 sectores deactuación, o sea, la torre posee 3grupos de antenas, cada una cubre120 grados. De esta forma, un grupode antenas será responsable por elprimer grupo de canales, otro lo serápor el segundo y el último por el ter-cer grupo de canales, queda la EBRFcomo responsable por 3 sectores.Pero no siempre funciona de esa for-ma, puede ocurrir que se quiera cu-brir solamente una determinada área,ahí se utilizará, por ejemplo, un solosector. Para cubrir una ciudad, porejemplo, se aglomeran varias celdas.

ClusterLa cantidad total de los canales

que la banda de frecuencias requierese distribuye entre varias celdas.

A ese aglomerado de celdas se leda el nombre de cluster, que puede

ser de distintos tipos o patrones dereutilización, a saber: K = 3, K = 4, K= 7 (figura 2), etc.

Hand-offTérmino usado cuando el canal

de voz de una EM es desviado haciaotro canal, mientras dura el movi-miento de esa EM, efecto controladopor la CCC. Esto ocurre en el mo-mento en que hay degradación en laseñal enviada por la EM a EBRF, enlas siguientes situaciones:

1 - Cuando la EM sale de los lími-tes de la celda/sector, o la señal que-da debajo de la CCC, como constan-temente está midiendo esa señal,conmuta la EM hacia otro canal per-teneciente a la nueva celda/sector,con niveles más altos para la comuni-cación.

2 - Cuando hay degradación en laRSR (Relación Señal/Ruido); o sea:el ruido continuo en el canal de vozes mayor que la señal de referenciaemitida.

RoamingTérmino que significa desplazar-

se e indica la utilización de unallamada telefónica celular mó-vil, en una CCC que no es laoriginal del abonado celularmóvil.En otras palabras, es cuandoun abonado móvil utiliza unaCCC que no es la propia, en laque está debidamente registra-do para efectuar y para recibiruna llamada telefónica.Es como si el abonado alquila-

Cómo Funciona

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Figura 2

Figura 1

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El Sistema Celularra un canal de la CCC visitada y se lollama "visitante". La CCC visitada re-cibirá el anuncio de llegada del visi-tante a través del roaming automáti-co; es decir: el aparato celular mandauna señal hacia la CCC de alquiler yésta le devuelve, a través del canalde control, la identificación del áreavisitada y en el display del ROAMaparece el mensaje. Ya reconocido elvisitante, al solicitar o recibir una lla-mada, la CCC visitada entra en con-tacto con la CCC de registro del abo-nado y obtiene su archivo de abona-do, que contiene informaciones per-sonales, como ESN (Electronic SerialNumber), el número de serie del apa-rato celular, que fue grabado por elfabricante, la categoría del abonado,etc. Ese reconocimiento se hace conel número telefónico del visitante, ylas dos CCC son conectadas me-diante un canal apropiado para el in-tercambio de informaciones.

El Sistema Móvil Celular

Un sistema móvil celular (SMC)básicamente está formado por 3 par-tes:

1) Estación Base deRadiofrecuencia (EBRF),

2) Central de Conmuta-ción y Control (CCC) y

3) Estación Móvil (EM)

La EBRF es una interfa-ce entre la CCC y las EMs;sus funciones básicas son:

- Para datos: conviertela señalización propietariaque la une a CCC en el pro-tocolo AMPS entre EBRF yEMs.

- Para voz: convierte lasseñales digitalizadas devoz que transitan en los en-laces entre CCC y EBRF,en señales analógicas parala transmisión FM entreEBRF y EMs.

- Para supervisión de canal de ra-dio: monitorea los canales de voz enconversación para comparar la inten-sidad RF de la señal y la RSR de laseñal de voz, que indica a la CCCcuando los valores medidos estánfuera de las especificaciones, paraque ésta aplique los procedimientosde Handoff.

En la figura 3 se puede observarun diagrama en bloques de los princi-pales componentes de una red de te-lefonía celular.

* El Mobile Switching Center(MSC) Es quien realiza las funcionestelefónicas en la red. Controla las lla-madas de y hacia otros sistemas te-lefónicos y de datos tales como la redde telefonía fija (PSTN), la red deservicio integrados (ISDN). Es quiencoordina la comunicación entre losMedia Gateways.

Cuando se intenta establecer unallamada hacia un teléfono celular, unMSC actúa como GATEWAY-MSC. ElGATEWAY-MSC

* El Radio Network Controller(RNC) Maneja todas las funciones

relacionadas con las ondas de radiodel sistema, es quien asigna los ca-nales de radio y quien se encarga deque la llamada sigua establecidaaunque el teléfono se cambie de cel-da

* El Base Transciever Station(BTS) Es la Interface de radio, aquíresiden las antenas de comunica-ción. El rango de cobertura de las an-tenas es comúnmente llamado celda.En un BTS generalmente se montan3 celdas.

* El Home Location Register(HLR) Es una base de datos centrali-zada donde se almacenan y se ma-nejan las subscripciones de los telé-fonos de la red. Aquí se almacena lainformación referente al subscriptorhasta que su subscripción es cance-lada. Dentro de los datos almacena-dos aquí se encuentran:

La identidad del subscriptor. La Ultima localización del subs-

criptor. Los servicios a los cuales tiene

acceso.

* El Media Gateway Es quien ad-ministra y conecta los recursos para

Figura 3Figura 3

medios de comunicación. existenMedia Gateway para Voz, Datos y Vi-deo. Las conexiones son requeridasy liberadas por el MSC.

Cómo Sabe la Red la Ubicación de un Móvil

Las celdas siempre transmiten laidentificación de cada teléfono (figura4) de manera tal que en la medidaque el teléfono se mueve, éste esidentificado por la celda que corres-ponde a la zona de ubicación (figura5).

La identificación del teléfono por

una celda se hace a través de uncontrolador de Radio Enlace (RMC) ypor el correspondiente Switch (MSC)(figura 6).

Dicho de otra manera, cuando el

teléfono entra en zona de coberturade una celda, se piden los datos delsubscriptor a la base de datos HLR a

través de un RMC y de un MSC (figu-ra 7).

Cuando la base de datos recono-

ce la identificación del móvil, de in-mediato le da de baja a la última ubi-cación que tenía en memoria y fija losdatos de la nueva ubicación. Luego,el HLR manda al swicht MSC los da-tos del abonado (servicios contrata-dos, tipos de controladores, créditodisponible, etc.) de manera tal queahora el teléfono está en condicionesde realizar llamadas desde una nue-va ubicación (bajo el control de unanueva celda).

Establecimiento de una Llamada

Cuando se recibe una solicitud dellamada a un móvil, los datos se en-vían a un swicht “concentrador” lla-mado Gateway MSC. Este concen-trador va buscar a la base de datos(HLR) toda la información del teléfo-no al que se está llamando (figura 8)para saber la posición del celularbuscado. Como el HLR tiene infor-

mación de todos los celulares, le pidea otro swicht (MSC) que proporcioneun enrutamiento temporal para esta-

blecer la comunicación en base a losdatos almacenados (sobre la posi-ción tanto del móvil, que llama comodel teléfono buscado, figura 9).

De esta manera se encuentra al

MSC que tiene el enlace del teléfonobuscado y, por medio del HLR se es-tablece una comunicación entre elMSC que pide la comunicación y elMSC del teléfono al que se está lla-mando. (figura 10).

Tenga en cuenta que aquí han in-

tervenido dos tipos de MSC, por unlado el Gateway MSC que es el quetiene los datos de los teléfonos y porotro lado un Media Gateway que esel que dice qué tipo de enrrutamientose realiza, es decir, si es un canal dedatos, de voz, de video, etc. (figura11).

Es decir que, una vez que se en-

contraron todos los datos de los dosteléfonos, el Gateway MSC seleccio-na un Media Gateway específico (de

Cómo se Hace una Llamada

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Figura 4

Figura 5

Figura 6

Figura 7

Figura 8

Figura 9

Figura 10

Figura 11

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Cómo se Hace una Llamadavoz, datos o video) y enrruta la llama-da mediante un enlace temporal.

Al recibir la llamada, el MSC en-vía al celular llamado la señal de aler-ta para que sepa que es requeridauna comunicación (figura 12) por me-dio de un RNC.

Una vez que el celular responde,

se establece la comunicación a tra-vés de un canal de radio (figura 13)

Teléfonos Celulares

Nota de Redacción: Tanto en In-ternet como en el CD Nº 6 de la enci-clopedia: “Teoría, Servicio y Monta-jes” Ud. puede encontrar informaciónadicional sobre el funcionamiento dela telefonía celular como de otros as-pectos que hacen a las comunicacio-nes telefónicas. Si desea obtenergratuitamente esta información des-de Internet, debe dirigirse a nuestraweb: www.webelectronica.com.ar,luego debe hacer click en el íconopassword e ingresar la clave: telef24.

Aclaramos que la presente infor-mación sobre teléfonos celulares seha realizado en base a bibliografíaescrita por Juan Francisco ZabalaChávez (zabala52@infosel.com, deloriginal: http://eya.swin.net).

Poder hablar mientras se viajasiempre ha sido un lujo codiciado pa-

ra muchos usuarios, la comunicaciónportátil ofrecía conveniencia y efi-ciencia.

La comunicación móvil ha existi-do por espacio de 60 años en la for-ma de tecnología de radio, finalmen-te se ideó un equipo de radiotelefoníaque permitirá enlazarse en forma di-recta mediante radio con la RTPCdesde radioteléfonos que se encon-traban en automóviles.

La tecnología de radiotelefoníaestaba limitada por dos factores muyimportantes:

En primer lugar solo hay un nú-mero limitado de canales en la RF(gama de frecuencias), la banda nor-mal de telefonía podía dar serviciohasta 2000 canales.

En segundo lugar la radiotelefo-nía era un servicio centralizado, unose suscribía a un servicio local y sólose recibía servicio de ese proveedor,el alcance estaba limitado por las ins-talaciones del radioproveedor.

La compañía estadounidense detelefonía y telegrafía (AT&T) fue laprimera que se dedicó al rediseño dela telefonía móvil desarrollando elservicio avanzado de telefonía móvil(o AMPS) hoy conocido simplementecomo sistema celular.

Estructura Celular

En vez de establecer una sola tra-yectoria decomunica-ción de altap o t e n c i aentre dospuntos, elsistema ce-lular divideuna regióngeográficaen áreasr e l a t i v a -mente pe-q u e ñ a s( c e l d a s ) .

Cada celda cuenta con una estaciónque está equipada con un sistema deradio de baja potencia y equipo con-trolado por computadora para enla-zar cada celda con una oficina móvilde conmutación telefónica (OMCT)centralizada.

Los usuarios finales no se comu-nican directamente con la OMCT sinocon su estación de celda más cerca-na, posteriormente cada estación decelda se comunica con la OMCT re-gional. De esta manera se puedecrear una red de muchas estacionesde radio independientes en un áreamuy grande.

Funcionamiento del Teléfono Celular

Los teléfonos celulares puedendescomponerse en tres módulos biendefinidos como se muestra en la figu-ra 14, que son: el módulo de radio(RF = radio frecuencia), el módulo deaudio (AF audiofrecuencias) y el mó-dulo lógico de control (CPU).

Módulo de RFEl módulo de RF tiene a su cargo

todas las señales que entran o salendel teléfono celular, como se muestraen la figura 15.

El circuito receptor de RF filtra ydemodula las señales recibidas. Lasalida del módulo de RF se aplica almódulo de AF. A diferencia de los ra-diorreceptores tradicionales en los

Figura 12

Figura 13

Figura 14

que se usa sintonización manual pa-ra definir el canal deseado, el teléfo-no celular usa un circuito sintetizadorde frecuencia de precisión que puedeajustarse a cualquiera de los 666 ca-nales celulares asignados. El canalseleccionado en un momento dadoestá determinado por el módulo lógi-co de control. Conforme su teléfonocelular se mueve de una celda a otra,las frecuencias de transmisión y re-cepción se cambian tomando encuenta los canales disponibles de lanueva celda. Las instrucciones queindican qué frecuencias cambiar sonrecibidas como señales de informa-ción y son procesados por un módemen el módulo lógico de control del te-léfono celular.

Las señales de voz provienen delmódulo de AF y las señales de infor-mación provenientes de la unidad ló-gica de controlse envían al cir-cuito transmisorde RF que lascoloca sobre laportadora de RFapropiada, lasfiltra, las amplifi-ca y las aplica ala antena. Lafrecuencia por-tadora de RF es-tá determinadapor la celda par-

ticular en que se encuentre. El circuito sintetizador de frecuen-

cia de canal por lo general consta deun oscilador de base que trabaja con-juntamente con un sintetizador defrecuencia de recepción y un oscila-dor de frecuencia de transmisión. Elsintetizador de frecuencia de recep-ción recibe una señal digital de con-trol de módulo lógico de control y pro-duce un voltaje proporcional a la fre-cuencia deseada. Un oscilador con-trolado por voltaje, o Vco, convierte elvoltaje proporcional en la señal deloscilador. El circuito de portadora detransmisión es similar. Las señalesdigitales de control del módulo lógicode control establecen un voltaje quees proporcional a la frecuencia de-seada. El voltaje proporcional excitaa un Vco que produce la frecuenciadel oscilador.

Módulo de AFEl módulo de AF es responsable

de la conversión de las señales de FI(frecuencia intermedia) provenientesdel módulo de RF en señales de vozque se puedan oír en el receptor delteléfono celular, como se muestra enla figura 16.

Generalmente se incluye un se-gundo elemento receptor para produ-cir señales de advertencia, tales co-mo las señales de llamada. Los tonosde DTMF y la voz provenientes de unmicrófono se filtran, se mezclan y seaplican al módulo de RF para ser mo-dulados, junto con las señales decontrol provenientes de un módemen el módulo lógico de control.

Una porción de la voz transmitidaregresa al receptor como tono local.Las funciones de transmisión y re-cepción de AF están bajo control di-recto del módulo lógico de control.

Módulo lógico de controlComo puede verse en el diagra-

ma a bloques de la figura 17, el mó-dulo lógico de control es base de unteléfono celular.

El módulo lógico de control tieneuna estructura similar a la de unacomputadora personal. La CPU prin-cipal controla el teléfono celular conbase en un conjunto de instruccionespermanentes (su programa) graba-das en una memoria permanente(ROM). Se incluye una memoria tem-poral (RAM) que almacena variablestales como el canal de uso, el valor

Diagrama en Bloques

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Figura 16Figura 16

Figura 15

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Diagrama en Bloques

seleccionado de potencia del trans-misor, etc, así como los resultados decualquier comparación lógica u ope-ración matemática requeridos cuan-do el programa del teléfono no estécorriendo.

Se usa una memoria borrable(EPROM) para almacenar informa-ción que es exclusiva de cada teléfo-no, tal como el número asignado alteléfono celular. A este tipo de memo-ria algunas veces se le denominaMAN, o módulo de asignación de nú-mero. La CPU tiene el control directode los módulos AF y de RF, así comoel generador de DTMF.

Puesto que un teléfono celular esuna parte activa de la red celular, de-be estar en contacto constante con lared. Además de las señales de voz yde DTMF, el teléfono celular debetransmitir y recibir información de laestación de celda en uso. Un CI demódem se usa para añadir informa-ción a la señal transmitida e interpre-tar las órdenes e información prove-nientes de la red celular.

La CPU también se hace cargodel funcionamiento del CI del contro-

lador celular. El controlador celulargeneralmente es un ASIC sofisticadoque es responsable de interconexióncon el sistema de presentación visualy de teclado del teléfono celular. Elcontrolador celular realiza los ajustesde los sintetizadores de frecuenciade transmisión y recepción en el mó-dulo de RF.

Problemas en los Teléfonos Celulares

Los problemas de los celularestienen que ver entre el teléfono celu-lar y una estación de celda, por ejem-plo las pérdidas de señal, que se de-be a que las señales de radio en lagama de 800 a 900MHz tienen losproblemas del debilitamiento por obs-táculos como los edificios y superfi-cies lisas y pueden ser bloqueadascompletamente por obstáculos geo-gráficos grandes tales como colinaso montañas. Las áreas muertas co-mo colinas, áreas montañosas o ur-banas densas a menudo experimen-tan zonas muertas. Las señales son

absorbidas o reflejadas evitando quelas ondas de radio se propaguen, al-gunas zonas muertas pueden elimi-narse cambiando la localización de laestación de celda o dividiendo la cel-da para añadir estaciones adiciona-les que cubran adecuadamente elárea afectada. También se puede te-ner problemas con las baterías queson alimentadas. Y también se tieneel problema que las personas con ra-dios comunes puedan escuchar laconversación pero como la transmi-sión se realiza a diferente frecuenciaque la recepción sólo se podría escu-char una parte.

Códigos y Trucos para Algunos Teléfonos Celulares

Damos a continuación algunos“trucos” para acceder a prestacionesespeciales de algunos modelos deteléfonos celulares. Aclaramos nue-vamente que la información dada enesta nota es solamente a efectos deinvestigación y desarrollo y de ningu-na manera avalamos el mal uso quese le pueda dar. Si desea mayor in-formación y códigos para otros mo-delos, puede dirigirse a nuestra web,recordando que la clave de accesopara esta nota es telef24.

Motorola 6200-7500-8400Star Tac-SlimliteBloqueo del teclado: Pulsar a la

vez * y #.Desbloqueo del teclado: Pulsar a

la vez * y #.Simlock: Introducir una SIM distin-

ta a la del operador original. - - En-cender el terminal, introducir el PIN,(pedirá el código Simlock), introducirloy pulsar OK.

Motorola V.3688/V.3690Ver IMEI (es el documento de

identidad del teléfono): Presionar*#06#

Figura 17