el sistema de banda ancha para la tercera generaciÓn

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EL SISTEMA DE BANDA ANCHA PARA LA TERCERA GENERACIÓN

AGRADECIMIENTOS

Esta Tesis representa un parte aguas entre una etapa muy enriquecedora y el camino que el

tiempo obliga. En toda la experiencia universitaria y la conclusión del trabajo de tesis, ha habido

personas que merecen las gracias por que sin su valiosa aportación no hubiese sido posible este

trabajo y también hay quienes las merecen por haber plasmado su huella en mi camino

Esta Tesis esta dedicada a mi Madre, a quien agradezco con toda mi Alma por su amor, cariño y

comprensión. En todo momento te llevo conmigo.

Agradezco a mi Esposa por la compañía, y el apoyo que me brinda, Se que cuento contigo

Siempre. Te Amo

Agradezco a mi hijo Emiliano regalo de Dios que vino a bendecir mi camino y que es parte

fundamental en este Camino Andado. Te Amo hijo.

Agradezco a mi Padre por sus consejos y palabras de aliento en los momentos difíciles y que al

final del camino se que puedo contar contigo. Gracias.

Agradezco al Instituto Politécnico Nacional por la oportunidad de estudiar en una de las mejores

escuelas del Mundo y brindarme los conocimientos necesarios para enfrentar el mundo

Profesional.

Agradezco a Mis Compañeros Azalia y Héctor por compartir este momento y por todo el apoyo

durante este ultimo paso de la carrera, Gracias Amigos

Agradezco también a todos mis compañeros de la carrera que también fueron parte fundamental

en este proceso no solo en el salón de clases si no también en lo personal.

Agradecer también a todos y cada uno de los Profesores que tuvieron la pasion por transmitirme

sus conocimientos.

Y por Ultimo y no por eso menos importante, y que es lo que nos mueve, a Dios por bendecirme

con la dicha de lograr esto y de hacer que las cosas sucedan, y por la vida misma. Gracias

Ing. IRVING OMAR BARRERA SOLIS

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AGRADECIMIENTOS:

A mi familia que me apoyo.

A mis amigos que me acompañaron.

A mis maestros que me enseñaron.

G R A C I A S

Ing. Héctor Castillo Muñoz

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AGRADECIMIENTOS:

A MI FAMILIA: GRACIAS. Por mi oportunidad de existir por su Sacrificio en algún tiempo incomprendido, Por su ejemplo de superación incansable, Por su comprensión y confianza, Por su amor y amistad incondicional, Porque sin su apoyo no hubiera sido Posible la culminación de mi carrera Profesional. Por lo que ha sido y será…. Gracias

A LA ESCUELA:

Le agradezco a ESIME la formación Que me ha dado, por abrigarme en sus

Salones y pasillos durante todo el Tiempo que estuve estudiando.

Agradezco también al IPN por darme La oportunidad de crecer dentro de

Esta gran institución y brindarme Las herramientas necesarias para

Abrirme paso en la vida. Gracias

“La técnica al Servicio de la Patria” Gracias:

Ing. Azalia Ocampo Delgado

A MIS PROFESORES: A cada uno de ellos les agradezco, El tiempo, la tolerancia y sobre todo las ganas De hacer de mi una profesional en Todos los aspectos de mi vida “Educar no es dar carrera para vivir, Sino templar el alma para las Dificultades de la vida. “

Aristóteles

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INDICE

INTRODUCCIÓN……………………………………………………………………....... 07

CAPITULO I BANDA ANCHA…………………………………………………………..09

1.1. VENTAJAS…………………………………………………………………………... 12

1.2. BANDAS DE FRECUENCIAS……………………………………………………….13

CAPITULO II. HISTORIA DE LA TELEFONIA CELULAR……………………………15

2.1. GENERACIONES DE LA TELEFONIA CELULAR………………………………. 15

2.1.1. Primera Generación………………………………………………………………….15

2.1.2. Segunda Generación…………………………………………………………………16

2.1.3. Tercera Generación………………………………………………………………… 17

2.2. FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA CELULAR………………………………… 18

2.3. EVOLUCIÓN DE LOS SISTEMAS CELULARES A 3G………………………….. 18

2.3.1. Camino evolutivo de las redes GSM………………………………………………. 19

2.3.1.1.Datos con Conmutador de Circuito de Alta Velocidad (HSCSD)……………….. 20

2.3.1.2Servicio General de Paquetes de Radio (GPRS)…………………………………... 20

2.3.1.3Velocidades de Datos Extendidas para una Evolución Global (EDGE)…………... 20

2.3.1.4. UMTS / WCDMA………………………………………………………………... 21

2.3.1.5. ESQUEMA DE ACCESO UTRA……………………………………………….. 21

2.3.1.6. Arquitectura del Sistema………………………………………………………… 22

2.3.2. CAMINO EVOLUTIVO DE LAS REDES CDMA……………………………… 22

2.3.2.1. CdmaOne………………………………………………………………………… 23

2.3.2.2. CdmaOne / IS-95-A……………………………………………………………… 23

2.3.2.3. CdmaOne/IS-95-B……………………………………………………………….. 23

2.3.2.4. Cdma2000 ………………………………………………………………………...24

2.3.2.5. Cdma2000 Fase I………………………………………………………………… 24

2.3.2.6 Cdma2000 Fase II………………………………………………………………… 25

2.3.2.7Cdma2000 1XEV………………………………………………………………….. 25

CAPITULO III. EL SISTEMA DE BANDA ANCHA EN 3G………………………….. 26 3.1. UMTS………………………………………………………………………………… 27

3.2. CARACTERÍSTICAS DE UN SISTEMA DE TERCERA GENERACIÓN………. 28

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3.2.1. Aspectos Técnicos y Servicio……………………………………………………… 30

3.3. DESCRIPCION DEL SISTEMA……………………………………………………. 33

3.3.1. Interfaz Iu…………………………………………………………………………... 33

3.3.2. RNC………………………………………………………………………………… 34

3.3.3.Roles del RNC……………………………………………………………………... 34

3.3.4. Nodo B……………………………………………………………………………... 35

3.4. WCDMA…………………………………………………………………………….. 36

3.4.1. Concepto de CDMA……………………………………………………………….. 36

3.4.2. Espectro Expandido………………………………………………………………… 37

3.4.3.Técnicas de Modulación de Espectro Extendido…………………………………… 38

3.4.4. Códigos de Extendido................................................................................................ 38

3.4.5. Códigos Ortogonales...................................................................................................39

3.4.6. Códigos de Pseudos-Ruido........................................................................................ 39

3.4.7. Códigos de Canalización…………………………………………………………… 40

3.4.8. Códigos de Revoltura (Scrambling)……………………………………………….. 41

3.4.9. Códigos de Sincronización ………………………………………………………….41

3.4.10. Modulación……………………………………………………………………….. 42

3.4.11. Codificación………………………………………………………………………. 42

3.5. GSM y WCDMA…………………………………………………………………….. 43

3.5.1. Control De Potencia………………………………………………………………... 43

3.6. CANALES EN UMTS………………………………………………………………..43

3.6.1. Tipos de Canales…………………………………………………………………… 43

3.6.2. Canales de Transporte……………………………………………………………… 44

3.6.3. Canales Dedicados…………………………………………………………………. 45

3.6.4. Canales Físicos……………………………………………………………………… 46

3.6.4.1. Canales Físicos que llevan un canal de transporte……………………………….. 46

3.6.4.2. Canales físicos requeridos para operación del sistema…………………………... 46

3.7. HANDOVERS EN UMTS (WCDMA)……………………………………………… 47

CAPÍTULO IV CONCLUSIONES………………………………………………………... 49

LISTA DE ACRONIMOS …………………………………………………………………54

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INTRODUCCIÓN

En la última década se ha dado una revolución en el mundo de las comunicaciones. La sociedad

actual tiene una gran necesidad de informarse y comunicarse. El volumen de información que

circula por las redes actuales y la naturaleza de las nuevas aplicaciones que además requieren de

un gran ancho de banda, exigen la necesidad de disponer de redes de banda ancha capaces de

integrar servicios distintos de manera eficiente (videoconferencia, correo electrónico,

telemedicina, telefonía, entretenimiento, etc.).

En general se deben soportar tres tipos de tráfico: voz, video y datos. Las redes de

comunicaciones tradicionales están especializadas para dar servicio a uno o dos tipos de estos

tráficos, por lo que las desventajas obvias son que cada red solo es capaz de transportar el

servicio para la que fue diseñada, presentando grandes dificultades para adaptarse a continuos

cambios tecnológicos y alcanzando un gran nivel de ineficiencia en la utilización de los recursos

y en el aumento del costo de mantenimiento de las diferentes redes. Todos estos problemas junto

con la aparición de nuevos servicios con demandas de anchos de banda grandes y rápidas

velocidades de transmisión ponen de manifiesto la necesidad de disponer de una red única capaz

de transportar todos los servicios de manera integrada compartiendo eficientemente los recursos.

Los servicios de comunicaciones móviles, y muy en especial la telefonía celular, han constituido

uno de los ámbitos de desarrollo tecnológico que más rápidamente ha penetrado en la vida social

y económica, en la actualidad los sistemas de comunicaciones móviles que están en

funcionamiento son los llamados sistemas de segunda generación, entre ellos destaca GSM y

CDMAone. Estos sistemas han permitido generalizar los servicios de voz universales en los

principales mercados del planeta. Los usuarios, por su parte, están encontrando una utilidad

creciente en algunos servicios complementarios ofrecidos por estos mismos sistemas, como el

envío de mensajes de texto, el acceso a redes de datos o los servicios de navegación por Internet

basados en el protocolo WAP. Todos estos servicios están sufriendo cambios debido a la

demanda. Existen varios elementos que han suscitado la necesidad de crear una nueva generación

de telefonía celular, entre los elementos se encuentran:

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El intenso crecimiento de la penetración en el mercado de los sistemas de la segunda generación.

El intenso crecimiento del uso de Internet

El aumento de la capacidad multimedia de los equipos informáticos.

El aumento de la movilidad de las personas y los negocios.

El año 2000 ha sido de gran relevancia para la futura puesta en marcha de los sistemas de tercera

generación. Ha sido el año en que se han establecido los primeros estándares técnicos y se han

adjudicado las primeras licencias para operadores en los principales países europeos.

Los servicios de tercera generación están siendo diseñados específicamente para las

comunicaciones multimedia. Con ello las comunicaciones entre personas se verán

sustancialmente mejoradas respecto a los sistemas anteriores. Esta mejora se dará gracias a la

posibilidad de incluir en las transmisiones algunos elementos nuevos como imágenes de alta

calidad y video, así como por el aumento sustancial de la tasa de transmisión de datos en los

accesos a la información y servicio de redes tanto públicas como privadas. Todo esto junto con la

continua evolución de los sistemas de segunda generación actuales, crearán un sin de

oportunidades de negocios no solo para fabricantes de equipos y las operadoras, sino también

para los proveedores de contenidos y de aplicaciones que usan la red.

Desde el punto de vista técnico, la tecnología llamada CDMA de Banda Ancha o WCDMA ha

sido la que los foros de estandarización han adoptado como interfaz aire para la tercera

generación de comunicaciones móviles. Sus especificaciones han sido definidas por el 3GPP que

es el resultado de la unión de equipos de estandarización de Europa, Japón, Corea, Estados

Unidos y China. Sin embargo los Estados Unidos han propiciado la creación de su propio foro de

estandarización. En este seno, los sistemas de tercera generación se engloban en las siglas UMTS

(Sistema de Telecomunicación Móvil Universal) y WCDMA (Acceso Múltiple por División de

Código de Banda Ancha) que abordaremos en los capítulos del presente trabajo.

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CAPITULO I. BANDA ANCHA

DEFINICION

El término banda ancha se ha introducido inevitablemente en el lenguaje cotidiano. La alta

capacidad o velocidad de transmisión es un concepto relativo que evoluciona en el tiempo hacia

demandas de mayores velocidades, y que varía significativamente de país a país. En un primer

momento se denominó banda ancha a aquellas conexiones a Internet que poseen una capacidad

mayor que las conexiones telefónicas tradicionales o dial-up y surgieron diversas definiciones.

Hoy hay un amplio acuerdo en que ligar la definición de banda ancha únicamente a una

capacidad de transmisión ofrece una pobre dimensión de este concepto y condena a dicha

definición a caer rápidamente en la obsolescencia. En la línea de recientes informes de la Unión

Europea, debe entenderse banda ancha como:

Conjunto amplio de tecnologías que han sido desarrolladas para soportar la prestación de

servicios interactivos innovadores, con la característica del siempre en línea (always on),

permitiendo el uso simultáneo de servicios de voz y datos, y proporcionando unas velocidades de

transmisión que evolucionan con el tiempo, partiendo de los 128Kb de velocidad en sentido

descendente que puede considerarse actualmente el mínimo para la denominación de Banda

Ancha.

Tiene que ver con proveer capacidad necesaria para no limitar las aplicaciones y servicios

actuales además ser “future-proofing”, es decir, permitir y estimular el desarrollo de nuevas

aplicaciones y servicios. Entre estos servicios y aplicaciones actuales y nuevas tenemos video por

demanda, Aplicaciones de Internet (refrigerador, cocina, juguetes, radio, TV, y otros aparatos

online), Proveedores de Aplicaciones de Internet, y Redes Virtuales de Trabajo, además de las

aplicaciones típicas y otras por venir.

Teniendo esto en mente, y entendiendo la naturaleza relativa de Banda Ancha, las características

principales que permiten entenderla son las siguientes:

a) Velocidad o ancho de banda: es ampliamente conocido y corresponde al número de bits

que pueden ser transmitidos por la red por unidad de tiempo. Desde un punto de vista

comercial se ha llegado a ofrecer capacidad levemente superior a sobre dial-up –64 kpbs-

siendo llamada “Banda Ancha Light”, sin embargo dado que es sólo levemente superior al

servicio telefónico, no responder a necesidades de “ future proofing”. Contar con esta

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capacidad está siendo utilizada por países y ciudades como fuente de atracción de

inversiones. La necesidad de contar con infraestructura future proofing está siendo un

tema en varios países al establecer estándares mínimos de ancho de banda para poder

denominar servicios como de “Banda Ancha”. Primero, porque más allá de pasar por un

tema comercial –o denominación de marcas- da señales equívocas al mercado, usuarios, e

inversionistas extranjeros. Segundo, porque al ser un problema de “redes” diferencias

drásticas en capacidad en redes inmediatamente interconectadas pueden ocasionar

problemas en la confiabilidad y calidad de comunicaciones y control tecnológico del

proveedor de servicio de acceso sobre contenidos y aplicaciones de terceras compañías.

b) Latencia (o tiempo de retraso) y “jitter”o variación de retardo: Latencia corresponde al

tiempo que demora un mensaje en viajar desde un punto a otro de una red, y que se

descompone en los tiempos de Propagación, transmisión y en cola, de la siguiente

manera:

Tiempo de Propagación: resulta de la razón entre la distancia a recorrer entre dos puntos,

y la velocidad de la luz en el medio de propagación (cable, fibra, aire, etc.)

Tiempo de Transmisión: es el tiempo que toma transmitir una unidad de datos y es resulta

de la razón entre el tamaño del “paquete” de datos a enviar y el ancho de banda

disponible.

Tiempo en Colas: corresponde a los atrasos ocasionados por colas en la Red, debido a que

los switches necesitan almacenar los paquetes por algunos momentos antes de

direccionarlos.

De esta manera, dado que cada uno de ellos varía, se tiene el “Jitter” o inquietud que

corresponde a la variación en latencia (producto de los distintos caminos que puedan

tomar los distintos paquetes de un mismo archivo), y tiene impacto negativo sobretodo

para aplicaciones que utilizan video y audio, o comunicaciones sobre Internet. Más

importante aún es el Round-Trip Time (RTT), Tiempo de Viaje Redondo, o de Ida y

Vuelta, que -para 1 byte- corresponde aproximadamente a dos veces el tiempo de latencia

o retraso, y es casi independiente de la capacidad de conexión (por ejemplo 1.5 o 10

Mbps). A medida que el tamaño del objeto a enviar aumenta, la importancia relativa del

RTT disminuye respecto a la capacidad de la conexión (ancho de banda), y la diferencia

entre el tiempo de retraso percibido y RTT aumenta. RTT es relevante porque establece

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una relación básica para entender Ancho de Banda y tiempos de transmisión.

Básicamente, se tiene que:

La importancia de lo anterior está en aplicaciones sensibles a atrasos. Por ejemplo, un

RTT superior a 200 milisegundos podría debilitar seriamente la calidad de ciertas

aplicaciones, ej. Telefonía sobre IP, en algunos casos independientemente del ancho de

banda disponible.

De este modo, la importancia de políticas de interconexión, estándares de calidad, y

arquitectura de red son relevantes por su impacto en tiempos de propagación, y su

importancia relativa al ancho de banda disponible y la demanda.

c) Simetría en capacidades de subida y bajada: Si bien no necesariamente se requiere

simetría de alta velocidad para todo tipo de las aplicaciones (p.ej. para navegar basta una

baja capacidad de subida, con suficiente de bajada), cada vez se está haciendo más

necesario minimimizar la diferencia para algunas aplicaciones actuales y futuras.

d) Conectividad “always-on” o siempre-en-línea: Otra de las características básicas de Banda

Ancha es conectividad continua –24 horas al día, 7 días a la semana- bajo condiciones de

calidad mínima (Entendiendo por calidad ancho de banda, latencia y jitter). De esta

manera, se aseguran requerimientos mínimos para permitir calidad en servicios y

aplicaciones.

e) Posibilidad de compartir recursos y crear redes de hogar: Otra de las ventajas de Banda

Ancha sobre dial-up es la capacidad de compartir recursos entre computadores en el

hogar, y crear redes –combinando fijas e inalámbricas- que permitan un uso más masivo y

sofisticado de tecnologías de la información en el hogar. Es importante considerar esto en

decisiones actuales, porque la importancia del computador personal se verá disminuida en

el futuro en comparación con la de las aplicaciones de Internet que, necesariamente,

requerirán estar en red.

f) Direccionamiento global: Banda Ancha le da una nueva importancia a la necesidad de

tener un número IP único que permita identificar un “Internet host” o computador

conectado a Internet. Si bien hasta ahora no ha sido tan relevante, esto cambiando con el

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nacimiento de los Proveedores de Servicios de Internet, comunicaciones sobre IP. De esta

manera, la asignación dinámica de números IP presenta un problema en el largo plazo.

g) Controles sobre aplicaciones y contenido: La clasificación básica de Internet distingue

entre distintas “capas”. Uno de los potenciales conflictos con la llegada de Banda Ancha

se presenta cuando quienes operan las capas inferiores de Infraestructura física, e

Interconexión de Redes –proveedores de acceso a backbone (columna vertebral.

Infraestructura de la transmisión de datos en Internet) y a Internet (ISP)- ejercen control o

censura sobre algunas aplicaciones y/o contenidos. La relevancia de lo anterior no sólo es

importante desde un punto de libertad individual, sino porque en gran parte del mundo en

desarrollo, los ISP (Proveedor de Servicios de Internet) están integrados con otras capas

(aplicaciones, contenido, etc.), o podrían tender a integrarse más aún en el futuro con la

llegada de servicios de mayor valor agregado. Los grandes ISP proveen servicios de

acuerdo a un modelo de negocio coherente con un plan de desarrollo de largo plazo. Así

como actualmente hay una oferta limitada de compatibilidad en la industria del software,

se está comenzando a generar similar tipo de “incompatibilidades” online. Esto puede ser

aún más drástico en un futuro con ancho de banda “infinito”.

h) Diseño y arquitectura de redes: Por último, este punto tiene que ver con qué se entiende

por Banda Ancha desde un punto de vista comercial. El tema de “convergencia” de

Internet y telecomunicaciones hace necesario diferenciar Banda Ancha de puramente

acceso a Internet de alta velocidad, televisión por cable de alta definición (también

llamada de Banda Ancha en algunos lugares), etc. Preguntas como ¿Síncrona o asíncrona?

No son menores cuando se está pensando en establecer estándares para el desarrollo de

una infraestructura que permita servicios y aplicaciones como los mencionados.

1.1. VENTAJAS

La banda ancha tiene tres ventajas principales:

1. Las velocidades de la banda ancha son apreciablemente más rápidas que las de tecnologías

anteriores, por lo cual resulta más rápido y cómodo acceder a la información o efectuar

transacciones en línea utilizando Internet. La velocidad del servicio de banda ancha también ha

permitido perfeccionar algunos servicios existentes tales como el de juegos en línea, y ha dado

lugar a nuevas aplicaciones como la telecarga de música y vídeos.

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2. En función del tipo de tecnología utilizada, la banda ancha puede aportar beneficios

económicos. Por ejemplo, gracias a la tecnología DSL (Línea de abonado digital), los usuarios

pueden utilizar una sola línea telefónica normalizada para servicios de voz y datos. Esto les

permite navegar por Internet y efectuar una llamada simultáneamente utilizando la misma línea

telefónica. Anteriormente los usuarios asiduos de Internet tenían que instalar una línea telefónica

adicional en su vivienda para acceder a Internet; gracias a la banda ancha, ya no se necesitan dos

líneas telefónicas.

3. La banda ancha permite perfeccionar las actuales aplicaciones de Internet, al tiempo que

abona el terreno para nuevas soluciones que antes resultaban demasiado onerosas, ineficaces o

lentas. Éstas varían desde los nuevos servicios de cibergobernanza, tales como rellenar

electrónicamente los formularios de impuestos, hasta servicios de salud en línea o el ciber-

aprendizaje; cabe mencionar asimismo el aumento del nivel de comercio electrónico.

La banda ancha modifica los hábitos del usuario, alentando por ejemplo el uso en modo "siempre

activo" y haciendo que el computador del hogar sirva como un dispositivo de entretenimiento

multimedios. Hoy en día las aplicaciones más populares de la banda ancha de consumo son la

navegación más rápida por Internet, los juegos electrónicos y el intercambio de ficheros. La UIT

(Unión Internacional de Telecomunicaciones) prevé que, gracias a la aparición de la banda ancha

y sus conexiones más rápidas y especializadas, los servicios Internet se seguirán expandiendo en

lo que respecta a la navegación por la web, la mensajería instantánea, el intercambio de ficheros,

el comercio y el correo electrónicos. Por otro lado, la banda ancha ofrece la posibilidad de

desarrollar aplicaciones interactivas, aplicaciones de realidad virtual y otros servicios digitales de

alta calidad y gran avidez de anchura de banda.

1.2. BANDAS DE FRECUENCIAS

La tendencia mundial indica que las siguientes bandas de frecuencias están siendo propuestas

para que se utilicen a nivel global en la provisión de banda ancha inalámbrica:

� 2,400 MHz – 2,483.5 MHz

� 3,600 MHz – 3,700 MHz

� 5,150 MHz – 5,250 MHz

� 5,250 MHz – 5,350 MHz

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� 5,470 MHz – 5,725 MHz

� 5,725 MHz – 5,825 MHz

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CAPITULO II. HISTORIA DE LA TELEFONIA CELULAR

Antes de la implementación del sistema celular como se conoce actualmente, existieron sistemas

de comunicación móvil previos, los cuales intentaron cubrir la necesidad de la comunicación en

movimiento. Los sistemas de comunicación móvil que precedieron a la telefonía celular fueron:

la Comunicación Móvil de Radio (consistían en radios que se comunicaban entre sí dependiendo

de la potencia de salida de cada unidad individual), el Servicio de Telefonía Móvil (MTS -

sistema telefónico operado manualmente que permitía a un suscriptor comunicarse a otra parte

usando la red terrestre) y el Servicio de Telefonía Móvil Mejorado (IMTS - proporcionó

selección de canal automática, conteo automático y operación simultánea full-duplex).

Hoy día existen varios sistemas móviles que proveen acceso telefónico. El radio celular, como

concepto, fue originalmente concebido para proveer comunicación móvil de alta densidad sin

consumir grandes cantidades de espectro. La primera proposición de un bosquejo inicial de la

telefonía celular, para sistemas móviles de alta densidad, fue hecha por la American Telephone

and Telegraph (AT&T) en 1940. No fue hasta que en 1968, la AT&T llevó su propuesta de un

sistema celular a la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC), organismo regulador de las

comunicaciones en los Estados Unidos.

El concepto original involucraba el uso de un grupo de frecuencias dentro de una misma Celda,

rehusando la frecuencia en la misma vecindad pero separándolas en espacio físico para permitir

el re-uso con un bajo nivel de interferencia. El hardware necesario para implementar este tipo de

sistemas no fue logrado hasta finales de los años setenta y para entonces, el concepto celular, es

decir, el re-uso de frecuencia en Celdas, fue aceptado como una herramienta para la planificación

de frecuencias.

2.1. GENERACIONES DE LA TELEFONIA CELULAR

2.1.1. Primera Generación

En la primera generación de telefonía móvil celular se adopto la técnica de acceso FDMA/FDD

(Acceso Múltiple por División de Frecuencia / División de Frecuencia Duplex), la cual utilizaba

el Acceso Múltiple por División de Frecuencia y dos frecuencias portadoras distintas para

establecer la comunicación Tx y Rx.

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En Norteamérica a partir de 1981 comenzó a utilizarse el sistema AMPS (Servicio analógico de

telefonía móvil), el cual ofrecía 666 canales divididos en 624 canales de voz y 42 canales de

señalización de 30 Khz cada uno en Europa se introduce en 1981 el Sistema de Telefonía Móvil

Nórdica en Español NMTS450 el cual empezó a operar en Dinamarca, Suecia, Finlandia y

Noruega, en la banda de 450 MHz.

En 1985 Gran Bretaña, a partir de AMPS, adoptó el sistema TACS (Sistema de Acceso Total de

Comunicación), el cual contaba con 1000 canales de 25 Khz cada uno y operaba en la banda de

900 MHz.

Solo servicio de voz se podía prestar con las tecnologías de primera generación.

2.1.2. Segunda Generación

Con tantos estándares diferentes, los proveedores europeos sufrieron las consecuencias de una

diversidad de normas incompatibles entre sí.

El reconocimiento de este problema fue un factor que impulsó el desarrollo del estándar GSM

(Sistema Global para las Comunicaciones Móviles) para las comunicaciones móviles. En 1982,

cuando aparecieron los primeros servicios celulares comerciales, la CEPT (Conferencia Europea

de Administraciones de Correos y Telecomunicaciones) tomó la iniciativa de poner en marcha un

grupo de trabajo, llamado Grupo Especial Móvil (GSM), encargado de especificar un sistema de

comunicaciones móviles común para Europa en las banda de 900 MHz, banda que había sido

reservada por la Conferencia de Radio Administrativa del Mundo en 1978. El GSM comenzó

como una norma europea para unificar sistemas móviles digitales y fue diseñado para sustituir a

más de diez sistemas analógicos en uso y que en la mayoría de los casos eran incompatibles entre

sí. Después de unas pruebas de campo en Francia de 1986 y de la selección del método de Acceso

Múltiple por División de Tiempo (TDMA) en 1987, 18 países firmaron en 1988 un acuerdo de

intenciones (MOU: Memorando de Comprensión): En este documento los países firmantes se

comprometían a cumplir las especificaciones, a adoptar este estándar único y a poner en marcha

un servicio comercial GSM, que ofrece seguimiento automático de los teléfonos móviles en su

desplazamiento por todos los países. Conforme se desarrolló, GSM mantuvo el acrónimo, aunque

en la actualidad signifique Sistema Global para las Comunicaciones Móviles.

En Norteamérica, el objetivo principal de un nuevo estándar digital era aumentar la capacidad

dentro de la banda de 800 MHz existente. Un prerrequisito es que los teléfonos móviles debían

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funcionar con los canales de habla analógicos ya existentes y con los nuevos digitales Modo

Dual). A partir de esto se empleó el termino Digital AMPS (D-AMPS) que se refiere a IS-54B, y

que define una interfaz digital con componentes heredados de AMPS. La especificación IS-36 es

una evolución completamente digital de D-AMPS. A causa de estos requisitos, fue natural el

elegir un estándar TDMA de 30 KHz puesto que los sistemas analógicos existentes trabajan ya

con esta anchura de canales. En este sistema se transmiten tres canales por cada portadora de 30

Khz.

A principios de la década de los 90, también aparece un nuevo estándar el cual utiliza el método

de acceso CDMA (Acceso Múltiple por División de Código). El estándar CDMAOne o IS-95,

fue una tecnología desarrollada por Qualcomm y consiste en que todos usan la misma frecuencia

al mismo tiempo separándose las conversaciones mediante códigos.

Estas tecnologías de segunda generación ofrecían las siguientes características:

• Mayor calidad de las transmisiones de voz

• Mayor capacidad de usuarios

• Mayor confiabilidad de las conversaciones

• La posibilidad de transmitir mensajes alfanuméricos. Este servicio permite enviar y

recibir cortos mensajes que puedan tener hasta 160 caracteres alfanuméricos desde un

teléfono móvil.

• Navegar por Internet mediante WAP (Protocolo de Acceso Inalámbrico)

2.1.3. Tercera Generación

Los avances que en materia de sistemas de tercera generación adelanta la Unión Internacional de

Telecomunicaciones (ITU), a finales de los años ochenta, se denominaron en un principio como

Futuros Sistemas Públicos de Telecomunicaciones Móviles Terrestres (FPLMTS – sistema de

comunicaciones móviles de tercera generación) Actualmente se le ha cambiado de nombre y se

habla del Sistema de Telecomunicaciones Móviles Internacionales (IMT-2000,

Telecomunicaciones Móvile Internacionales-2000) creado con el objetivo de valorar y especificar

los requisitos de las normas celulares del futuro para la prestación de servicios de datos y

multimedia a alta velocidad.

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2.2. FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA CELULAR

Los elementos que componen el funcionamiento de este sistema, son los siguientes:

Centrales de Telefonía Celular (MTX Mobile Telephone Exchange; MTSO Mobile Telephone

Office "Switch" o MSC Mobile Service Center): una Central de Telefonía Celular no es otra cosa

sino una Central de Telefonía Pública dedicada al servicio de telefonía celular, y se compone de

dos sistemas: APT o sistema de computación y APZ o sistema de procesamiento de datos. Su

principal función es el manejo y control de los demás elementos del sistema como son las

Estaciones Base, Enlaces y los Equipos Terminales.

Estaciones Base: es el equipo que se encarga de comunicar a la Central de Telefonía Celular con

todos los equipos terminales y unidades móviles, que se encuentren dentro de la cobertura del

sistema.

Enlaces: son medios de transmisión que sirven para unir o enlazar los componentes del sistema.

Equipos Terminales o Unidades Móviles: a través de estos, los usuarios finales obtienen el

servicio.

Red de Telefonía Pública Conmutada: a pesar de que no forma parte integral, al funcionar como

interconexión con el Sistema de Telefonía Celular, es considerada por interactuar en parte con su

operación.

2.3. EVOLUCIÓN DE LOS SISTEMAS CELULARES A 3G

Fabricantes y operadores celulares han estado trabajando intensamente para desarrollar nuevas

tecnologías para la tercera generación de los sistemas inalámbricos. La decisión inicial de

escoger la tecnología de acceso múltiple es muy importante, ya que de esta depende la rápida

implantación de la tecnología al menor costo. El moverse de una generación a otra (2G a 3G,

por ejemplo (implica en la mayoría de los casos una nueva infraestructura de red, planeación de

radio bases y modificaciones al corazón y dorsal de la red. Esto implica el desembolso de

grandes sumas de dinero por parte de los inversionistas y cuya recuperación retornará en muchos

años, si es que los planes de negocios son los adecuados. Los operadores cuya tecnología está

basada en CDMA (Acceso Múltiple por División de Código) comentan que su migración a la

siguiente generación será menos costosa que los sistemas basados en TDMA/GSM (Acceso

Múltiple por División de Tiempo/ Sistema Global para las Comunicaciones Móviles). Es por eso

que operadores bajo TDMA optaron por hacer una transición más suave al implementar servicios

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de datos con redes de conmutación de paquetes a velocidades de 384 Kbps y 115 Kbps. A esta

transición suave se le conoce como generación 2.5G. Estos sistemas 2.5G pueden aprovechar

mucha de la infraestructura existente de la 2G para ofrecer nuevos servicios de datos.

Los distintos organismos involucrados en los sistemas 3G han propuesto, básicamente, dos

sistemas de tercera generación: CDMA2000 Y UMTS (Sistema de Telecomunicaciones Móviles

de Tercera Generación).

Figura 2.1.- Evolución de los sistemas celulares hacia la tercera generación.

2.3.1. Camino evolutivo de las redes GSM

Figura 2.2.- El camino evolutivo de las redes GSM

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2.3.1.1.Datos con Conmutador de Circuito de Alta Velocidad (HSCSD)

Estandarizado por ETSI (Instituto de Estándares de Telecomunicación Europeos) SMG2. Se trata

de un servicio derivado de GSM que dedica múltiples ranuras de tiempo a un sólo usuario en

forma de incrementar la tasa de datos sin cambiar la interfaz de radio alcanza velocidades de 14.4

Kbps por canal y se obtienen modificando el código convolucional original de GSM.

Se pude usar dos configuraciones: simétrica o asimétrica (distinto número de ranuras en cada

dirección).

Las aplicaciones típicas corresponden a elevados volúmenes de información: fax, acceso a bases

de datos, imágenes, etc.

2.3.1.2Servicio General de Paquetes de Radio (GPRS)

Estandarizado por ETSI dentro de GSM fase2+ (2.5G).

GPRS es un servicio paquetizado diseñado para: transmisión frecuente de pequeños volúmenes

de datos (por ejemplo, navegación de Internet).

Transmisión infrecuente de volúmenes moderados de datos (por ejemplo, acceso a archivos).

No está diseñado para voz paquetizada.

Ofrece servicios de transmisión punto-a-punto (PTP) y punto-a-multipunto (PTM).

2.3.1.3Velocidades de Datos Extendidas para una Evolución Global (EDGE)

EDGE es un estándar 3G aprobado por la ITU, y está respaldado por el Instituto Europeo de

Estándares de Telecomunicaciones (ETSI)

EDGE se puede desplegar en múltiples bandas del espectro y complementa a UMTS

(WCDMA) Además se puede desplegar en las bandas de frecuencia 800, 900, 1800 y 1900 MHz

actuales y puede servir como la vía a la tecnología UMTS (WCDMA).

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.

Los operarios de TDMA pueden escoger desplegar una combinación de GSM, GPRS, EDGE y

UMTS (WCDMA) en varias bandas dependiendo de la segmentación específica de sus clientes y

las estrategias del espectro.

- 21 -


EDGE ofrece servicios de Internet Móvil con una velocidad en la transmisión de datos tres veces

superior a la de GPRS. El equipo de EDGE también opera automáticamente en modo de GSM.

EDGE será importante para los operarios con redes de GSM o GPRS que se desarrollarán en

UMTS; mejorar la infraestructura de GSM con EDGE es una manera eficiente de lograr una

cobertura de 3G complementaria en la red consistente al volver a emplear lo invertido en la

tecnología de 2G.

La estrategia de EDGE consiste en:

Incrementar las tasas de bit de GSM

Introducir un nuevo esquema de modulación y codificación de canal

Re-usar tanto de la capa física de GSM como sea posible.

Existen dos modalidades: EDGE GPRS (EGPRS) y EDGE Datos con Conmutador de Circuitos

(ECSD). Usa codificación de canal adaptativa y Modulación (GMSK (Modulación por

Desplazamiento Gausiano Mínimo) y 8-PSK (8-Modulación por Desplazamiento de Fase))

Soporta tasas de bits hasta 384 Kbps usando hasta 8 ranuras GSM

Emplea redundancia incremental a fin de mejorar la eficiencia en el uso del canal apropiado para

aplicaciones con requerimientos de retardo relajados.

2.3.1.4. UMTS / WCDMA

Entre todas las tecnologías consideradas para la interfaz de aire de UMTS, ETSI eligió en enero

de 1998 la nueva tecnología WCDMA (Acceso Múltiple por División de Código de Banda

Ancha), en operación FDD (División de Frecuencia Duplex) espectro expandido, aunque también

se ha tenido en cuenta la TD/CDMA en operación TDD (División de Tiempo Duplex) espectro

no-pareado para uso en recintos cerrados, lo que constituye la solución llamada UTRA. WCDMA

es una técnica de acceso múltiple por división de código que emplea canales de radio con un

ancho de banda de 5 MHz.

2.3.1.5. ESQUEMA DE ACCESO UTRA

El esquema de acceso UTRA se constituye de la siguiente forma:

UTRA FDD: Esquema de acceso multiple: W-CDMA

Modulación BPSK en UL y QPSK en DL

UTRA TDD: Equema de acceso multple: Hibrido W-CDMA + TDMA

- 22 -


Modulación QPSK

Figura 2.3 Esquema UTRA

2.3.1.6. Arquitectura del Sistema

Una de las ideas generales del IMT-2000 es brindar servicios en cualquier parte del mundo a

través del empleo de diversas tecnologías integradas en un solo sistema, ajustándose a diferentes

entornos geográficos y densidades de tráfico. Por lo tanto, se ha establecido una estructura de

capas de células, clasificándose en cuatro categorías, las cuales pueden funcionar

simultáneamente dentro de una misma área geográfica.

• Megacélulas: tienen radios desde 100 hasta 500 Km. Ofrecen amplia cobertura

para zonas con baja capacidad de tráfico a través del uso de satélites no

geoestacionarios. Soportan velocidades de estaciones móviles elevadas.

• Macrocélulas: tienen radios desde 1 hasta 35 Km. Se emplean para ofrecer

coberturas en lugares rurales, carreteras y poblaciones cercanas.

• Microcélulas: tienen radios desde 50 m hasta 1 Km. Ofrecen servicio a usuarios

fijos o que se muevan lentamente con elevada densidad de tráfico.

• Picocélulas: tienen radios menores a 50 m. Ofrecen coberturas localizadas en

interiores.

2.3.2. CAMINO EVOLUTIVO DE LAS REDES CDMA

El camino evolutivo de CDMA a IMT-2000 empieza con la propuesta de Qualcomm de un nuevo

sistema basado en técnicas de espectro ensanchado. Esta propuesta, que luego fue estandarizada

como IS-95, es el primer sistema CDMA móvil en desarrollo comercial. El acceso de

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multiplexación por división de códigos de banda estrecha (CDMA) IS-95 estipula un

espaciamiento de portadora de 1.25MHz para servicios de telefonía. La Asociación Industrial de

Telecomunicaciones “TIA” empezó a definir esta especificación en 1991.

Figura 2.4.- Camino evolutivo que tiene que seguir las redes CDMA para llegar a 3G.

2.3.2.1. CdmaOne

Es un nombre comercial de marca registrada, reservado para uso exclusivo de las empresas que

son miembros de CDG (Cdma Development Group). El mismo describe un sistema inalámbrico

completo que incorpora la interfaz aérea IS-95 CDMA y la norma de la red ANSI-41 para la

interconexión por conmutación, además de muchas otras normas que integran el sistema

inalámbrico completo.

2.3.2.2. CdmaOne / IS-95-A

La tecnología CdmaOne / IS-95-A ofrece soporte a señales de voz conmutados por circuitos y

datos (conmutados por circuitos o paquetes), con velocidades de hasta 14,4kbps. Debido al

enfoque inicial de proveedores y operadoras en señales de voz. Históricamente la CdmaOne/IS-

95-A ha sido utilizada sólo para voz conmutada por circuitos y, más recientemente, para un

pequeño volumen de datos conmutados por circuitos.

2.3.2.3. CdmaOne/IS-95-B

La tecnología CdmaOne/IS-95-B ofrece soporte a señales de voz conmutados por circuitos y

datos, conmutados por paquetes. Las empresas KDDI, en Japón, y SKT, en Corea, están

implementando esa tecnología desde 1999. En teoría, ella provee tasas de datos de hasta 115kbps,

- 24 -


y alcanza, generalmente, valores prácticos de 64kbps. La CdmaOne/IS-95-B ahora está siendo

sustituida por la CDMA2000 1X, de mayor capacidad y velocidad, y difícilmente será

implementada en otras regiones.

2.3.2.4. Cdma2000

Identifica la norma TIA para tecnología de tercera generación, que es un resultado evolutivo de

CdmaOne, el cual ofrece a los operadores que han desplegado un sistema CdmaOne de segunda

generación, una migración transparente que respalda económicamente la actualización a las

características y servicios 3G, dentro de las asignaciones del espectro actual, tanto para los

operadores celulares como los de PCS. La interfaz de red definida para cdma2000 apoya la red de

segunda generación de todos los operadores actuales, independientemente de la tecnología:

CdmaOne, IS-136 TDMA o GSM). La TIA ha presentado esta norma ante la ITU como parte del

proceso IMT-2000 3G.

A fin de facilitar la migración de CdmaOne a las capacidades de cdma2000, ofreciendo

características avanzadas en el mercado de una manera flexible y oportuna, su implementación se

ha dividido en dos fases evolutivas.

2.3.2.5. Cdma2000 Fase I:

Las capacidades de la primera fase se han definido en una norma conocida como

1XRTT. La publicación de la 1XRTT se hizo en el primer trimestre de 1999. Esta norma

introduce datos en paquetes a 144 Kbps en un entorno móvil y a mayor velocidad en un entorno

fijo. Las características disponibles con 1XRTT representan un incremento doble, tanto en la

capacidad para voz como en el tiempo de operación en espera, así como una capacidad de datos

de más de 300 Kbps y servicios avanzados de datos en paquetes.

Adicionalmente extiende considerablemente la duración de la pila y contiene una tecnología

mejorada en el modo inactivo. Se ofrecerán todas estas capacidades en un canal existente de 1.25

MHz de CdmaOne.

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2.3.2.6 Cdma2000 Fase II:

La evolución de CdmaOne, hasta llegar a las capacidades completas de cdma2000, continuará en

la segunda fase e incorporará las capacidades de 1XRTT, usara tres portadoras de 1,25 MHz en

un sistema multiportadora para prestar servicios de banda ancha de 3G.

CDMA 3XRTT proporcionará velocidad de circuitos y datos en paquete de hasta 2 Mbps,

incorporará capacidades avanzadas de multimedia e incluirá una estructura para los servicios de

voz y codificadores de voz 3G, entre los que figuran los datos de paquetes de “voice over” y de

circuitos.

2.3.2.7Cdma2000 1XEV

Basado en el estándar 1X, el sistema 1XEV mejora la velocidad de procesamiento de datos,

obteniendo velocidades máximas de 2 Mbps., sin tener que utilizar más de 1,25 MHz del

espectro. Los requisitos para los operadores recién establecidos con respecto a 1XEV establecen

dos fases. En la primera Cdma2000 1XEV-DO usa un transportista separado de 1.25 MHz para

datos y ofrece velocidades de datos en punta de 2.4 Mbps. La fase 2, Cdma2000 1X EV-DV se

centra en las funciones de datos y de voz en tiempo real, así como en la mejora del

funcionamiento para mayor eficiencia en voz y en datos.

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CAPITULO III. EL SISTEMA DE BANDA ANCHA EN 3G

La Unión Internacional de Telecomunicaciones en cooperación con otros organismos de la

industria de telecomunicaciones de todo el mundo, es quien define y aprueba los requisitos

técnicos y los estándares, así como la utilización del espectro radioeléctrico, de los sistemas 3G

bajo el programa IMT-2000 (International Mobile Telecommunications-2000). El propósito final

es facilitar la introducción de nuevas funcionalidades y proporcionar una evolución continua

desde los sistemas de telecomunicaciones de segunda generación (2G) hacia la 3G.

La ITU exige a las redes IMT-2000 (3G), entre otros requisitos, que proporcionen una mayor

capacidad de sistema y una mayor eficiencia espectral con respecto a los sistemas 2G, que

soporten servicios de transmisión de datos con una velocidad mínima de transmisión de 144

kbit/s en entornos móviles (de exterior) y de 2 Mbit/s en entornos fijos (en interiores).

Basándose en estos requisitos, la ITU aprobó en el año 1999 cinco interfaces radio para la familia

de estándares de IMT-2000, como parte de la recomendación ITU-R M.1457.

Las cinco tecnologías que componen la familia IMT-2000 son:

1. El sistema IMT-DS (Secuencia Directa). Es ampliamente conocido como UTRA FDD (UMTS

Acceso de Radio Terrestre FDD), y más comúnmente como WCDMA.

2. El sistema IMT-MC (Multiportadora). Este sistema es la versión 3G del sistema IS-95

(también conocido como cdmaOne), y se suele denominar cdma2000.

3. El sistema IMT-TC (Código de Tiempo). Este sistema es el UTRA TDD. Se trata del modo

UTRA que utiliza multiplexación por división en el tiempo.

4. El sistema IMT-SC (Solo Portador). Esencialmente se trata de una manifestación

particularizada de GSM Fase 2+, conocido como EDGE (Velocidades de Datos Extendidas para

una Evolución Global).

5. El sistema IMT FT (Tiempo de Frecuencia). Este sistema se conoce como DECT

(Telecomunicaciones Inalámbricas Mejoradas Digitalmente).

- 27 -


Figura 3.1.- Familia IMT-2000

3.1. UMTS

El sistema UMTS (Servicios Universales de Telecomunicaciones Móviles), también conocido

como telefonía móvil de tercera generación, supone el relevo de los sistemas analógico y GSM

(Global System for Mobile Communications). Tras el desarrollo de la primera y segunda

generación de telefonía móvil, el futuro se muestra muy prometedor para el mercado UMTS ya

que permite la utilización de servicios que van más allá de los de voz. De este modo, la

tecnología UMTS pondrá a disposición de los usuarios la transmisión de datos así como muchos

otros servicios: descarga de música, m-commerce (comercio electrónico móvil) y la posibilidad

de disfrutar de un ambiente laboral móvil, entre otros.

Sus características son ciertamente muy novedosas y presentan multitud de ventajas:

� Oferta de servicios útiles que responden a las necesidades y requerimientos que demandan

los futuros usuarios. En este sentido, diversos estudios han puesto de manifiesto que tanto

el envío de mensajes y correos electrónicos como la búsqueda de información acerca de

itinerarios serán los servicios que más interesen a los individuos en relación con la tercera

generación de telefonía.

� Acceso más rápido gracias a la mayor velocidad de transmisión de datos respecto de los

móviles GSM.

� Bajos costos tanto referidos a las tarifas del servicio como a los terminales ofertados, lo

que sin duda dará un fuerte empujón a su éxito y penetración entre la población. El

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despegue del mercado UMTS ha sido posible ya en ciertos países gracias a la saturación

del mercado de teléfonos móviles de segunda generación. Es el caso de Japón, donde la

empresa japonesa NNT DoCoMo, ha alcanzado el cliente un millón en octubre de 2003 en

su servicio FOMA (Libertad de Acceso Multimedia Móvil) de telefonía de tercera

generación, que fue puesto en marcha en 2001 y que sigue evolucionando hacia una

mayor calidad de servicio y terminales.

3.2. CARACTERÍSTICAS DE UN SISTEMA DE TERCERA GENERACIÓN

• Alta velocidad en transmisión de datos, hasta 144 Kb/s, velocidad de datos

móviles (vehicular); hasta 384 Kb/s, velocidad de datos portátil (peatonal) y hasta

2 Mb/s, velocidad de datos fijos (terminal estático).

• Transmisión de datos simétrica y asimétrica.

• Servicios de conmutación de paquetes y en modo circuito, tales como tráfico

Internet (IP) y video en tiempo real.

• Calidad de voz comparable con la calidad ofrecida por sistemas alámbricos.

• Mayor capacidad y mejor eficiencia del espectro con respecto a los sistemas

actuales.

• Capacidad de proveer servicios simultáneos a usuarios finales y terminales.

• Incorporación de sistemas de segunda generación y posibilidad de coexistencia e

interconexión con servicios móviles por satélite.

• Itinerancia internacional entre diferentes operadores (Roaming Internacional).

Los sistemas de tercera generación deberán proveer soporte para aplicaciones como:

• Voz en banda estrecha a servicios multimedia en tiempo real y banda ancha.

• Apoyo para datos a alta velocidad para navegar por la world wide web, entregar

información como noticias, tráfico y finanzas por técnicas de empuje y acceso

remoto inalámbrico a Internet e intranets.

• Servicios unificados de mensajes como correo electrónico multimedia.

• Aplicaciones de comercio electrónico móvil, que incluye operaciones bancarias y

compras móviles.

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• Aplicaciones audio/video en tiempo real como videoteléfono, videoconferencia

interactiva, audio y música, aplicaciones multimedia especializadas como

telemedicina y supervisión remota de seguridad.

En Europa, el Instituto Europeo de Telecomunicaciones (ETSI) ha propuesto la norma

paneuropea de tercera generación UMTS (sistema de telecomunicaciones móviles de tercera

generación). UMTS es miembro de la familia global IMT-2000 del sistema de comunicaciones

móviles de “tercera generación” de UIT.

UMTS es una nueva tecnología de comunicaciones por radio que creará un “canal de bits” para

ofrecer acceso móvil a servicios basados en Internet. Potenciará y ampliará la movilidad en

muchas áreas de nuestra vida. En un futuro próximo, la movilidad se convertirá en un aspecto

fundamental de muchos servicios. Exigiremos servicios de alta velocidad a Internet, al ocio, a la

información y al comercio electrónico estemos donde estemos, no solo desde nuestro ordenador

de sobremesa, desde casa o desde el televisor.

Los sistemas de telefonía móvil son diversos e incompatibles entre sí, como suele ocurrir

en muchos otros ámbitos de la tecnología. El estándar UMTS es un intento de terminar con esta

situación. En este momento en EEUU conviven sistemas obsoletos, como las distintas variantes

de telefonía analógica, con diferentes estándares de telefonía digital.

Sólo Europa parece haber alcanzado un acuerdo con el estándar GSM. En Europa, la mayor

calidad del servicio del estándar GSM hizo que la antigua telefonía móvil analógica pasará

rápidamente a un segundo plano, en la actualidad Europa habla GSM.

Una vez saturada la frecuencia original, de 900 MHz, se implantó el estándar GSM de segunda

generación en la banda de 1800 MHz. Pero con el aumento de usuarios, las bandas se quedan

cortas. Hoy hay 165 millones de usuarios de GSM en el mundo, el 60 % del mercado de la

telefonía móvil, repartidos en 339 redes GSM y 133 países.

El sistema GSM permite disponer de servicios avanzados, como desvío de llamadas, llamada en

espera, mensajes, y sobre todo, roaming (cambio de red entre distintos países y operadores) y

transmisión de datos, aunque a ridícula velocidad de 9600 bps. Además de la saturación, UMTS

debe solucionar las necesidades de los usuarios, para los que las prestaciones de GSM ya no son

suficientes.

El futuro global de las comunicaciones necesita un sistema que permita usar el mismo terminal en

cualquier parte del mundo. Además aumenta la demanda de servicios avanzados y transmisión de

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datos. La ITU y la comisión Europea han impulsado desde 1998 un proyecto llamado IMT-2000

para implantar un único sistema de telefonía móvil mundial, UMTS.

3.2.1. Aspectos Técnicos y Servicios

UMTS permitirá que los teléfonos transmitan y reciban datos con una velocidad 200 veces

superior a la de los actuales GSM. Y es que UMTS es el tercer escalón en la historia de la

telefonía móvil, después de la analógica y la digital. El funcionamiento será novedoso, el usuario

pagará según la cantidad de información que se descargue de la red, y no por el tiempo de uso,

con lo que estaremos conectados a la red en todo momento, lo que permitirá acceder de forma

instantánea sin tener que esperar a que se establezca la conexión. La máxima velocidad del

UMTS es 2 Mbits, es decir, 31 veces la velocidad de la RDSI (Red Digital de Servicios

Integrados). Este máximo solo podrá alcanzarse si la red está al máximo nivel, el usuario está

parado y sin móviles a su alrededor, por lo que la velocidad de uso normalmente será menor.

UMTS se basa en extender las actuales tecnologías móviles, inalámbricas y satélites

proporcionando mayor capacidad, posibilidades de transmisión de datos y una gama de servicios

mucho más extensa, usando un innovador programa de acceso radioeléctrico y una red principal

mejorada. Ofrece un nuevo interfaz radio denominado UTRA (UMTS Acceso de Radio

Terrestre). Dicho interfaz está basado en tecnología permitiendo aumentar considerablemente la

velocidad de transferencia de datos, y soportará dos modos de operación el FDD (División de

Frecuencia Duplex) y el TDD (División de Tiempo Duplex). El primero en introducirse será FDD

que está basada en un esquema de Secuencia Directa CDMA y soporta una velocidad de hasta

384 Kbits/s. El TDD está basado en la multiplexión en tiempo y en código, se ha diseñado y

optimizado para ser usado en zonas con alta densidad de tráfico.

UMTS nos ofrecerá unos costes muy bajos y gran facilidad de uso, proporcionándonos nuevos

servicios y de mayor calidad (óptima relación costo-eficacia), con un acceso rápido, podremos

transmitir paquetes de datos y velocidad de transferencia de datos a pedido, total movilidad y

cobertura total con servicios UMTS disponibles vía satélite.

UMTS proporciona una buena relación calidad-precio, que en definitiva es lo que buscan los

clientes. Estas son algunas de las evidentes ventajas de UMTS:

1. El sistema UMTS mantendrá la compatibilidad con GSM.

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2. La frecuencia para UMTS Será de 2GHz y será posible transmitir datos a 2 Mbps, con lo

que será posible la videoconferencia móvil.

3. Integra transmisión de paquetes, con lo que se dispondrá de conexión permanente a la red

(no sólo al efectuar la comunicación) y se podrá facturar por volumen de datos en lugar de por

tiempo.

4. Velocidad adaptable, con lo que se optimiza su uso, al asignar el ancho de banda de forma

dinámica (dependiendo del tipo de llamada, imagen, voz,...).

5. Es un sistema global, diseñado para funcionar en todo el mundo, empleando tanto redes

terrestres como enlaces por satélite.

6. Proporcionará servicios de uso fácil y adaptable para abordar las necesidades y

preferencias de los usuarios.

7. Bajos costos del servicio para asegurar un mercado masivo, con tarifas competitivas.

El mayor beneficio de los sistemas 3G es que ofrecerán servicios finales de alta capacidad,

calidad y velocidad actualmente inalcanzables, subsanarán el vacío entre telefonía móvil e

Internet. UMTS integra la transmisión de datos en paquetes y por circuitos de conmutación de

alta velocidad con beneficios como:

1. Conectividad virtual a la red en todo momento.

2. Formas de facturación alternativas (por bites, por sesión, tarifa plana, ancho de banda

asimétrico de enlace ascendente / descendente) según lo requieran los variados servicios de

transmisión de datos que están haciendo su aparición.

En Estados Unidos el Instituto Americano de Estándares (ANSI) sigue trabajando en la evolución

de sistemas AMPS/IS-136 y CDMA/IS-95. Por otra parte, en Japón la Asociación de Industrias

de la Radio y Radiodifusión (ARIB) también está trabajando en CDMA para la elaboración de

normas de tercera generación.

Los organismos regionales de normalización ETSI (Instituto de Estándares de Telecomunicación

Europeos), ARIB (Japón) y TTA (Corea) trabajaron en propuestas separadas de la norma W-

CDMA(Acceso múltiple de banda ancha por división de código), estos entes regionales sumaron

esfuerzos en el Proyecto de Asociación 3G (3GPP), y hoy en día existe una norma conjunta W-

CDMA.

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Al diseñar el tipo de sistema móvil que satisfaga las exigencias de los usuarios a partir del

año 2000, los arquitectos de las IMT-2000 identificaron varios factores esenciales para el éxito de

la siguiente generación de las comunicaciones móviles.

Alta velocidad

En primer lugar, determinaron que todo nuevo sistema debe poder admitir servicios de banda

ancha de alta velocidad, como el acceso rápido a Internet o las aplicaciones de tipo multimedios.

La demanda de tales servicios está creciendo rápidamente.

Flexible

En segundo lugar, el sistema tenía que ser lo más flexible posible, y admitir nuevos tipos de

servicios tales como la numeración personal universal y la telefonía por satélite que ampliarán

significativamente el alcance de los sistemas móviles, beneficiando tanto a los consumidores

como a los operadores.

Accesible

En tercer lugar, el sistema tenía que ser por lo menos tan accesible como los sistemas móviles

actuales. "El precio es el principal factor que impide un crecimiento más rápido de los sistemas

móviles". La UIT reconoció que las economías de escala que pueden lograrse con una sola norma

mundial tendrían la ventaja de reducir el precio al usuario lo que es importante para todos los

consumidores, y vital para ampliar la penetración de la telefonía en los países en desarrollo. "Para

que los equipos de tercera generación sean aceptados rápidamente por los consumidores, deben

prestar por lo menos un servicio igual o mejor que los sistemas actuales, y deben ser

económicos". "Aunque inevitablemente las economías de escala reducirán los precios a partir de

determinadas cantidades, si los sistemas son más caros y no ofrecen inicialmente una

funcionalidad mucho mayor, los consumidores no los van a comprar."

Compatible

En cuarto lugar, y tal vez lo más importante, todo sistema de nueva generación debe ofrecer una

vía evolutiva, eficaz para las redes existentes. Si bien el surgimiento de los sistemas digitales a

comienzos del decenio de 1990 conllevó a menudo el abandono de las redes analógicas

- 33 -


anteriores, las enormes inversiones afectadas en el desarrollo de las redes celulares mundiales de

segunda generación durante el último decenio hacen totalmente impensable algo similar para la

tercera generación.

Al diseñar el sistema IMT-2000, la UIT también estaba consciente de la necesidad de preservar

un ámbito de competencia entre los fabricantes, que les dé incentivos y estimule la innovación.

3.3. DESCRIPCION DEL SISTEMA

UMTS utiliza la misma red central de GSM pero con una interfaz de radio completamente

diferente. La nueva red e radio se llama UTRAN (Red De Acceso De radio Terrestre de UMTS),

esta conectada por medio de la interfaz Iu a la red central de GPRS. La interfaz Iu sirva para

conectar al controlador de la red de radio con la red central GSM.

Figura 3.2. Arquitectura General de UMTS

3.3.1. Interfaz Iu

La interfaz Iu hacia el dominio de la conmutación de paquetes de la red central es llamada Iu-PS,

en el caso e la conmutación de circuitos se llama Iu-CS. Existe otro tipo de Iu que es la Iu-BC

para Broadcast.

La unidad movil se conecta mediante la interfaz Uu (2 Mbps mediante la técnica de acceso

múltiple W-CDMA) al nodo B que es el equivalente al BTS en GSM, la interfaz Uu es la parte

mas importante del cambio. Varios nodos son controlados por un solo Controlador de la Red de

- 34 -


Radio a través de la interfaz Iub. Los diferentes RNC se conectan al CN por medio de la interfaz

Iu.

3.3.2. RNC

Con el Controlador de la Red de Radio UMTS, cuenta con un administrador de registros

autónomos para descentralizar el tráfico, este se encarga del handover suave. El RNC junto con

sus nodos b forman un subsistema de la red de radio. Para el handover suave se mantiene una

comunicación con varios nodos B y esto aunado con el uso de un Receptor Rake que da la micro

diversidad necesaria para eliminar el desvanecimiento de la señal.

La mayor función de un RNC es la conexión de un portador de radio con su relación Iu. Para

mantener la conexión entre CN y la unidad movil aún cuando esta se encuentra en movimiento el

RNC necesita una red de conmutaciones para las señales de banda ancha.

Adicionalmente en el RNC se encuentra el administrador de recursos de radio y el control de

UTRAN. El administrador de recursos se encuentra a cargo de la estabilidad de la conexión y es

el responsable de la calidad de servicio requerida, las mayores funciones del administrador de

recursos son:

� Control de handover para movilidad del usuario.

� Control de potencia para minimizar la interferencia.

� Control de acceso.

� Manejo de códigos de spreading en el enlace de bajada.

En el caso del control de UTRAN la principales funciones son:

� Difusión de información del sistema para notificar acerca de las condiciones individuales

de las células.

� Control de acceso aleatorio para evitar congestiones.

� Funciones de seguridad de UTRAN.

� Administración de la movilidad en modo conectado.

� Manejo de bases de datos para la unidad movil e información especifica de las células.

3.3.3.Roles del RNC

Dependiendo de la función que desempeñe un RNC puede tomar diversos roles, estos se explican

a continuación:

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RNC Controlador o CRNC: Se encuentra a cargo de todos los recursos lógicos que utiliza un

nodo B, solo existe un CRNC para determinado nodo B. Las funciones principales de un CRNC

son la administración de información del sistema, administración de tráfico de los canales

comunes y control de la congestión y la carga en las células, control de acceso y distribuye los

códigos para nuevos enlaces de radio en las células.

RNC Sirviendo o SRNC: Este se encarga de la conexión entre la unidad movil y el RNC, hay un

SRNC por móvil que tiene una conexión con el RNS. Las funciones del RNC en este rol son las

siguientes: mapeo de los parámetros para el enlace de radio, control de potencia, macro

diversidad y decisión de handover.

Drift RNC o DRNC. Apoya a un SRNC con recursos de radio en el caso de conexiones de macro

diversidad. Si una conexión entre una unidad móvil y su SRNC llega por medio de otro nodo B

conecta a un RNC diferente, este RNC se conoce como DRNC.

3.3.4. Nodo B

Se conecta al usuario por medio de la interfaz aérea Uu (W-CDMA), y su principal función es la

de convertir de y para esta interfaz. El proceso interno de este elemento incluye la transferencia

de información de los canales de transporte en los canales Iub a los canales físicos de la intefaz

Uu, además incluye correcciones de errores, la modulación QPSK, el comprimir y descomprimir

de W-CDMA, así como el ajuste de la tasa de transmisión. Mide la calidad y fuerza de la señal y

manda esta información al RNC para el proceso de handover y la combinación de macro

diversidad. Tiene funciones para estimación de tráfico en el célula y control de acceso de ser

requerido por el RNC.

El Nodo B también participa con el control de potencia al hacer que la unidad movil ajuste su

potencia por las indicaciones que llegan por el enlace de bajada, a causa de las medidas enviadas

por el enlace de subida de control de potencia de transmisión. Otra función del Nodo B es la

sincronización de tiempo y de frecuencia. Algo importante que añadir es que la relación entre

RNC y el Nodo B es de una forma maestro-esclavo.

- 36 -


3.4. WCDMA

El uso del CDMA para las aplicaciones civiles de la radio móvil es relativamente reciente. La

teoría de esta tecnología fue propuesta a finales de la década de los 40, pero la aplicación práctica

en los sistemas móviles celulares comerciales no se llevó a cabo hasta el año 1989, cuando los

servicios militares americanos publicaron la tecnología CDMA para las aplicaciones comerciales.

La tecnología del ensanchamiento espectral, que es la base de la tecnología CDMA, fue

especialmente utilizada en las aplicaciones militares para contrarrestar el efecto de interferencia

intencional fuerte (jamming) y para ocultar la señal transmitida a posibles espías.

La gran atracción de la tecnología CDMA fue desde el principio su capacidad inherente para

aumentar las prestaciones de las comunicaciones y reutilizar frecuencias.

Los modelos más simples ya sugirieron que la mejora de la capacidad podría ser 20 veces mayor

que la capacidad de los sistemas de banda estrecha existentes.

Originalmente la tecnología CDMA fue desarrollada por Qualcomm, para su posterior

optimización por parte de Ericsson. En 1991, los prometedores resultados obtenidos en las

primeras pruebas en el terreno demostraron que la tecnología CDMA podía funcionar igual de

bien en la práctica como en la teoría. En 1993, el sistema CDMA fue adoptado por la asociación

de la industria de las telecomunicaciones (TIA).

En 1995, el primer servicio de CDMA fue lanzado en Hong Kong, seguido de un lanzamiento en

Corea y otro en Pennsylvania. Desde entonces, se convirtió rápidamente en la opción preferida de

los operadores de los EE.UU.

3.4.1. Concepto de CDMA

En los sistemas de comunicación con espectro expandido (Spread Spectrum), el ancho de banda

de la señal es expandido, comúnmente a varios órdenes de magnitud antes de su transmisión.

Cuando hay un único usuario en un canal expandido, el uso del ancho de banda es ineficiente. En

cambio, en un ambiente multiusuario, los usuarios pueden compartir el mismo canal y el sistema

llega a ser eficiente.

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3.4.2. Espectro Expandido

En los sistemas de espectro expandido se transmite la señal sobre un ancho de banda que es

muchas veces mayor del que se requirió para las transmisiones estándar de banda estrecha a fin

de mejorar la relación señal a ruido. En canales de banda estrecha, aumentando el ancho de banda

transmitido de la señal resulta que la probabilidad de que la información recibida sea correcta

aumenta, porque cada señal es una compilación de muchas señales menores a la frecuencia

fundamental y sus armónicas, entonces el aumento de la frecuencia resulta en una reconstrucción

más exacta de la señal original.

La desventaja efectiva en sistemas de banda estrecha para telecomunicaciones es la limitación de

la capacidad del canal, así que las señales deben transmitirse con la potencia suficiente para que

la interferencia por ruido gaussiano no sea efectiva y la probabilidad de que los datos recibidos

no sean correctos permanecerá baja. Esto significa que la SNR efectiva debe ser suficientemente

alta para que el receptor pueda recuperar la señal transmitida sin error.

Los errores introducidos por un canal hostil pueden reducirse a cualquier nivel deseado sin

sacrificar la tasa binaria de transferencia de información que utiliza. La ecuación de Shannon

describe la capacidad del canal. La SNR se puede disminuir sin que aumente la tasa de error de

bit. Esto significa que si la señal se ensancha sobre un ancho de banda grande con un nivel menor

de potencia espectral, aún se puede lograr la tasa requerida. Si la potencia total de señal se

interpreta como la zona bajo la densidad espectral de potencia, entonces señales con la potencia

total equivalente pueden tener o una potencia grande de señal concentrada en un ancho de banda

pequeño o una potencia pequeña de señal esparcida sobre un ancho de banda grande, como se

puede ver en la figura 3.3.

Figura 3.3. Señales con la misma potencia pero con diferentes anchos de banda

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CDMA utiliza códigos de expandido para lograr extender el ancho de banda de los datos en

banda base antes de la transmisión. La señal es transmitida en un cana con un nivel bajo de ruido.

En el receptor se utiliza el mismo código para recuperar la señal original la cual pasa por un filtro

pasa banda. Las señales no deseadas no serán recuperadas y no pasarán el filtro pasa banda. Los

códigos de extendido tienen la forma de una secuencia de unos y ceros, diseñados

cuidadosamente de tal manera que la velocidad de estos códigos es mucho mayor que la

velocidad que los datos en banda base. La velocidad de un código de extendido es llamada

velocidad de chip en vez de velocidad de bit.

Las ventajas de una señal de espectro extendido sobre otra en banda base son la seguridad, la

resistencia a la intercepción, la resistencia al desvanecimiento multiruta y son capaces de soportar

las técnicas de acceso múltiple.

El proceso de extendido consiste en dos operaciones para UTRAN, la canalización y la revoltura.

De la misma forma en UTRAN se utilizan dos tipos de códigos: los códigos ortogonales y los

códigos de pseudos-ruido.

3.4.3.Técnicas de Modulación de Espectro Extendido.

La información puede ser modulada en una señal de espectro extendido por muchos métodos.

Esta modulación puede ser de fase o de frecuencia, o una combinación de estos dos esquemas.

Cuando el extendido del espectro se realiza por una modulación de fase, se le llama señal de

espectro extendido de secuencia directa. Cuando el extendido del espectro se obtiene de un

cambio rápido en la frecuencia de la portadora se le llama señal de espectro extendido por salto

de frecuencia. Otra forma de obtener una señal de espectro extendido es mediante el salto en el

tiempo, en este caso, el tiempo de transmisión es divido en intervalos llamados tramas. Cada

trama es divida después en ranuras de tiempo.

3.4.4. Códigos de Extendido

Estos códigos son llamados con frecuencia secuencias de extendido. Para la red UTRAN existen

dos códigos de extendido en su interfaz aérea: los códigos ortogonales y los códigos de pseudos-

ruido. Ambos son usados tanto en el enlace de subida como en el enlace de bajada.

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3.4.5. Códigos Ortogonales

Los códigos ortogonales son aquellos que en un ambiente ideal no interfieren unos con otros. Por

lo tanto pueden ser utilizados en el enlace de bajada para separar diferentes usuarios de una

misma célula, pero en el enlace de subida solo pueden separar servicios de un mismo usuario. No

se pueden utilizar para separar usuarios de la misma célula debido a que los móviles no se

encuentran sincronizados en tiempos unos con otros y por tanto sus códigos no pueden ser

ortogonales (con la excepción de que el sistema esté utilizando el modo TDD con su enlace de

subida sincronizado). Además los códigos ortogonales no se pueden utilizar en el enlace de

bajada entre estaciones base. La razón es que existe un número limitado de códigos ortogonales,

los cuales deben ser reutilizados en cada célula lo que puede ocasionar que un equipo de usuario

reciba el mismo código de dos estaciones base diferentes al mismo tiempo cuando este se

encuentre en los límites de la misma. Si se utilizara un solo código ortogonal, esta señal podría

intervenir con otra de manera severa, sin embargo, en el enlace de subida las señales de un solo

usuario están sincronizadas en el tiempo, lo que permite que los códigos sean ortogonales y se

puedan separar los canales del mismo usuario.

En el enlace de bajada el mismo árbol de códigos ortogonales es utilizado por la estación base

para todos los móviles de esa célula.

La transmisión en el enlace de bajada de estaciones base no es ortogonal, así que el móvil debe

distinguir primero a la estación base correcta mediante el código de scrambling y enseguida de la

señal correcta extraer los datos utilizando los códigos de canalización. En el mundo real el enlace

de bajada nunca será completamente ortogonal ni libre de ruido.

3.4.6. Códigos de Pseudos-Ruido

Estos son utilizados en la segunda parte del proceso de extendido la cual se llama revoltura; en

este proceso la señal es multiplicado por una función XOR con los códigos de revoltura de

pseudos-ruido. Estos códigos pueden ser largos (códigos dorados con periodos de 10 ms.) o

cortos (códigos S(2)). Estos códigos de pseudos-ruido tiene una muy buena auto-correlación. La

auto-correlación mide la correlación entre la señal y la versión de la misma que ha sido retardada

en tiempo. Así que si la señal recuperada en el receptor es multiplicada por el código de pseudos-

ruido que la generó, una buena auto-correlación se debe encontrar si la señal es correcta. Para

esto la señal fue modulada usando el mismo código de pseudos-ruido en el transmisor. Esta

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propiedad puede utilizarse para la secuencia de sincronización inicial y para separar los

componentes generados por las siguientes rutas que sigue una señal al encontrarse distintos

obstáculos en su camino.

Existen muchos códigos de pseudos-ruido disponibles en el enlace de subida, así que no se

necesita un manejo cuidadoso de ellos. Un código de extendido identifica a un móvil en una

estación base específica.

En el enlace de bajada con los códigos de revoltura son utilizados para reducir interferencia entre

estaciones base ya que cada nodo B tiene solo un código de revoltura primario y el móvil puede

utilizar esta información para separar las estaciones base. Existen 512 códigos de revoltura

primarios en el enlace de bajada, estos se dividen en 64 grupos y cada uno consiste de 8 códigos.

El propósito de estos grupos es mejorar el proceso de sincronización.

Las especificaciones también definen códigos de revoltura secundarios. Cada uno de los códigos

primarios contiene 16 códigos secundarios y su posible aplicación es en las células sectorizadas,

donde para separar sectores los códigos no pueden ser ortogonales entre ellos.

3.4.7. Códigos de Canalización.

Son tanto para el enlace de subida como para el de bajada, códigos ortogonales con factor de

extendido variable. Estos códigos conservan las propiedades de ortogonalidad entre los canales

físicos de diferentes usuarios. La creación de dichos códigos se basa en un algoritmo en el cual se

producen árboles de códigos en donde cana nivel define un código de canalización con una

longitud específica. En UTRAN se utiliza una longitud de 4 a 512 en donde del 4 al 256 se

utilizan en el enlace de subida y el 512 es añadido en el catálogo de SF para el enlace de bajada.

Un SF de 4 (que es un SF muy bajo, el más bajo que puede utilizar UTRAN) por ejemplo,

significa que por cada dato de la señal existen cuatro chips en el código extendido, y que el ancho

de banda resultante es cuatro veces mayor que el original.

Todos los códigos dentro del árbol de código no pueden ser utilizados al mismo tiempo dentro de

una célula, esto debido a que se puede utilizar un código en una célula si y solo si no pertenece a

la misma ruta hacia la raíz del árbol de otro código previamente en uso. Es decir, dos códigos que

pertenecen a la misma ruta no se pueden utilizar simultáneamente, lo que se traduce en un

número limitado de códigos de canalización dependientes de la velocidad y el SF de cada canal

físico.

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Cuando se realiza el proceso de recuperación con el código correcto la señal original se obtiene,

así como el ancho de banda inicial. Un código erróneo da como resultado ruido en el proceso de

recuperación aunque se espera que en un sistema completamente ortogonal, dicho ruido no exista,

ya que la salida del integrador es cero en cada instante. De la misma forma el control de potencia

no sería necesario si se cumpliera esta condición. Sin embargo, esto no se da en la práctica,

siempre existe ruido en el sistema y es necesario un control de potencia para reducirlo.

3.4.8. Códigos de Revoltura (Scrambling)

Existen 224 códigos de revoltura en el enlace de subida. Tanto los códigos cortos como los

códigos largos pueden ser usados en este enlace. El código de revoltura utilizado es seleccionado

por la red. El móvil es informado por un mensaje en el enlace de bajada acerca de cual código

utilizar. Dicho código en raros casos puede cambiar durante una conexión, pero si se da este caso,

el código es negociado sobre el canal de control dedicado.

Para los códigos en el enlace de bajada, un total de 218 – 1 = 262143 pueden ser generados. Sin

embargo, no todos los códigos son utilizados. Los códigos de revoltura son divididos en 512

juegos, cada uno consiste de un código primario y 15 secundarios.

A cada célula se le asigna uno y sólo un código de revoltura primario. los demás canales en el

enlace de bajada son transmitidos con el juego de códigos que pertenecen al código primario

asignado a la célula en cuestión.

3.4.9. Códigos de Sincronización

Los canales de sincronía no son multiplicados por los códigos ortogonales, ni por los códigos de

revoltura, estos son multiplicados por los códigos de sincronía (primarios y secundarios).

Los códigos de sincronía primarios son utilizados en los canales de sincronía primarios (P-SCH).

Estos códigos son similares en todas las células. Esta prioridad es muy útil ya que se pueden

utilizar para sincronizar la ranura de tiempo en la fase de búsqueda de célula por parte del móvil.

Esta ráfaga de bits es enviada los primeros 256 chips de cada ranura de tiempo.

Existen 16 diferentes códigos de sincronía secundarios, los cuales son enviados vía los canales de

sincronía secundarios, pero solo durante los primeros 256 chips de cada ranura de tiempo. Estos

códigos son conocidos por todos los móviles. La estación base puede cambiar todos los códigos

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transmitidos cada ranura de tiempo. Existen 64 diferentes secuencias de código de sincronía. Una

secuencia en particular le dice al móvil acerca del grupo de códigos de scrambling en la célula.

El sistema W-CDMA (Wideband-Direct Sequence-Code Division Multiple Access, Acceso

múltiple por división de código-Banda ancha) es el sistema que aprovecha el ancho de banda de

forma más eficiente en ambientes multiusuario. Por esta razón, el sistema W-CDMA se convierte

en una elección ideal para zonas metropolitanas con gran densidad de usuarios.

W-CDMA fue creada para sistemas de tercera generación de telefonía celular. La banda de los

GHz., es la que ha sido destinada para W-CDMA.

Figura3.4.- Esquema de acceso múltiple por división de código de banda ancha

3.4.10. Modulación

Se utiliza como modulación de spreading balanced QPSK para el enlace de bajada y canal dual

QPSK para el enlace de subida, para la modulación de datos se utilizan QPSK Y BPSK

respectivamente. Los handover en WCDMA pueden ser suave o interfrecuencia.

La tasa de chips de la modulación es de 3.8 Mcps. El esquema de modulación es QPSK para

1.284 Mcps se utiliza 8PSK.

3.4.11. Codificación

Para la codificación del canal se especifican dos opciones para FDD y tres opciones para TDD:

� Codificación Convolucional

� Codificación Turbo

� Sin codificación (sólo para TDD)

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Para evitar errores en la transmisión se utiliza entralazado.

3.5. GSM y WCDMA

Las arquitecturas de GSM y W-CDMA son similares.

La principal diferencia entre GSM y W-CDMA es la técnica de acceso múltiple, mientras GSM

utiliza TDMA, W-CDMA utiliza CDMA.

CDMA utiliza un ancho de banda de 1.25 MHz. Lo que se realiza es multiplicar la señal por una

señal expandida que consiste en un código de pseudos-ruido, la señal resultante parece aleatoria,

sin embargo, si el receptor tiene el código correcto, la señal se invierte y se puede recuperar la

señal original. En CDMA el factor de reuso de frecuencia es 1.

En W-CDMA lo que cambia es el ancho de banda que aumenta de 1.25 MHz a 5 MHz., además

de que el chip rate aumenta 3.84 Mcps; entre las principales ventajas están:

Una mayor eficiencia espectral

Una mejor calidad de servicio

Soporta mayores tasas de transmisión de bits

3.5.1. Control De Potencia

El control de potencia en WCDMA aumenta el número de usuarios por portadora al disminuir el

nivel de interferencia. Este se debe a que se toman 1500 mediciones de la potencia por segundo,

y modificando la potencia con la que transmiten tanto el móvil como la radio base, gracias a estos

niveles de interferencia son muy bajos por el número de usuarios puede incrementar.

Además de disminuir el nivel de interferencia, con el control de potencia se presenta un

fenómeno llamado cell breathing y significa que dependiendo del número de usuarios el tamaño

de la célula puede variar, mientras que con muchos usuarios el tamaño de la célula será menor, si

por el contrario se encuentran menos usuarios en el sistema la cobertura será mucho mayor.

3.6. CANALES EN UMTS

3.6.1. Tipos de Canales

Un canal lógico es la interfaz entre RLC y la capa MAC. Un canal lógico se caracteriza por la

información que lleva. La capa 2 se divide en las siguientes capas MAC, RLC, protocolo de

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convergencia de paquetes de datos y broadcast/multicast control. La capa 3 se divide en planos de

control y de usuario.

Los canales lógicos se dividen en canales de control y de tráfico.

Los canales de control son los siguientes:

Canal de Control de Broadcast (BCCH): Este canal va en el enlace de bajada, se utiliza para

difundir información del sistema, así como información específica de la célula.

Canal de Control de Voceo (PCCH): Este canal también va por el enlace de bajada y se encarga

de enviar información de voceos.

Canal de Control Dedicado (DCCH): Este canal también se utiliza para enviar información de

control a la unidad móvil; además es un canal dedicado punto a punto bidireccional que se

establece cuando la unidad empieza una conexión RRC con la red.

Canal de Control Común (CCCH): Este canal es bidireccional y se utiliza para enviar y recibir

información de la red, es utilizado cuando no existe una conexión por medio del canal DCCH.

Los canales de tráfico son los siguientes:

Canal de Tráfico Dedicado (DTCH): Es un canal punto a punto dedicado a una unidad móvil; se

utiliza para transferir la información del usuario y éste tipo de canal puede existir tanto en el

enlace de bajada como en el de subida.

Canal de Tráfico Común (CTCH): Es un canal punto a multipunto se usa para transferir

información de usuario a todos o a un grupo de usuarios móviles.

3.6.2. Canales de Transporte:

La inferfaz entre la capa MAC y la capa física son los canales de transporte. Los canales de

transporte son codificados y se ajustan a la tasa ofrecida por los canales físicos.

Todos los canales de transporte son unidireccionales y se dividen en dos grupos: canales comunes

y canales dedicados.

Canales de Transporte Comunes:

Canal de Broadcast (CBH): Se utilizan para difundir información del sistema a toda la célula,

como los parámetros para el BCH son fijos, cada unidad móvil puede decodificar la información

difundida. Dicha información solo existe en el enlace de bajada.

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Canal de Acceso de Subida (FACH): Solo existe en el enlace de bajada y se utiliza para enviar

relativamente poca información de control. La transmisión está limitada en tiempo, los

parámetros de este canal son difundidos vía la información del sistema. Este canal puede llevar

cualquier canal de control.

Canal de Voceo (PCH): Solo existe en el enlace de bajada, su función es llevar información

relevante al proceso de voceo.

Canal Compartido del Enlace de Bajada (DSCH): Este canal es compartido por varios usuarios.

Este canal es similar a FACH, sin embargo, este si cuenta con control de potencia por lo que

puede ser utilizado más tiempo. Siempre se encuentra asociado a un DCH. La información de

cuando codificar y que código de pseudoruido utilizar va por el DCH.

Canal de Acceso Aleatorio (RACH): Este canal solo se encuentra en el enlace de subida y se

utiliza para enviar información de control a la red; aunque también puede ser enviado para

utilizar poca información en forma de paquetes a la red. Debido a que todos los móviles, en el

área de cobertura, utilizan este canal, existe un gran riesgo de colisiones. Los parámetros para

este canal son difundidos por el BCH. Para acceso inicial utiliza control de potencia de lazo

abierto.

Canal de Paquetes Comunes (CPCH): Existe únicamente en el enlace de subida es similar al

RACH ya que también envía paquetes de información a la red, pero este canal cuenta con un

procedimiento para su acceso por lo que se pueden evitar colisiones; además utiliza un rápido

control de potencia por lo que puede estar en operación un tiempo mayor. Puede cambiar su tasa

de transmisión en una base de segmento en segmento.

3.6.3. Canales Dedicados:

Canal Dedicado (DCH): Este es un canal de transporte dedicado a una unidad móvil, provee

transferencia de información tanto de control como de usuario. Es el único canal de transporte

que soporta handover suave. Existe en ambos enlaces.

Los canales físicos se utilizan para finalmente transmitir la información por la interfaz aérea y

definen las características físicas exactas del canal del radio. Un canal físico corresponde a una

frecuencia portadora, código, y en el enlace de subida a su fase relativa. Se utiliza un código

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scrambling para identificar al transmisor. Así el receptor puede discriminar los transmisores que

solo causan interferencia en la señal.

3.6.4.Canales Físicos

3.6.4.1. Canales Físicos que llevan un canal de transporte

Canal Físico Dedicado de Datos (DPDCH): Es un canal físico dedicado que lleva información del

DCH. Existe en los enlaces de subida y de bajada.

Canal Físico de Acceso Aleatorio (PRACH): Este canal físico que lleva al RACH. Como se

utiliza para acceder al sistema se tiene que lidiar con la interferencia cerca-lejos por lo que se

específico un método para controlar su potencia.

Canal Físico de Paquetes Comunes (PCPCH): Lleva al CPCH. Es asignado usando multiplexión

por tiempo y por lo tanto compartido con varios usuarios. Es opcional para una red. Utiliza ajuste

rápido de potencia.

Canal Físico Primario de Control Común (P-CCPCH): Lleva el BCH, tiene una tasa de

transmisión fija de 30 Kbps.

Canal Físico Secundario de Control Común (S-CCPCH): Lleva el FACH y el PCH, soporta

varias tasas de transmisión.

Canal Físico Compartido del Enlace de Bajada (PDSCH): Lleva el DSCH. Va en el enlace de

bajada asociado con un DPCCH que informa a la entidad receptora acerca de control de potencia,

tiempo de acceso y el código de spreading para el PDSCH.

3.6.4.2. Canales físicos requeridos para operación del sistema

Canal Físico de Control Dedicado (DPCCH): Se transmite simultáneamente con el DPDCH.

Lleva la información de la capa física necesaria para la operación del sistema y para mejorar el

desempeño del sistema.

Canal de Control Piloto (CPICH): Es la referencia física para otros canales, difunde una

secuencia predefinida de símbolos, es necesario para la unidad móvil para poder decodificar el

código de scrambling de la célula, para estimación del canal y mediciones de células adyacentes.

Canal de Sincronización (SCH): Es necesario para que la unidad móvil busque células y para la

sincronización con las mismas. Tiene dos sub canales un primario y secundario.

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Canal de Indicador de Adquisición (AICH): Se utiliza para el proceso de acceso al PRACH. Para

este proceso se utilizan también CSICH, AP-AICH y CD/CA-ICH.

Canal de Indicación de Voceo (PICH): Se utiliza para soportar recepción discontinua, lleva

información acerca de presencia de mensajes de voceos en el PCH.

3.7. HANDOVERS EN UMTS (WCDMA)

Existen tres clases de handovers en W-CDMA, el Handover suave, el Handover duro y el

Handover entre sistemas. Un proceso de handover es iniciando el sistema, para esto se tiene que

basar en algunos criterios de RF medidos por el MS o por el sistema; como lo son el nivel de la

señal, la calidad de conexión y retraso en el nivel de potencia de propagación. Este proceso

también puede dependen del tráfico actual en una célula, requerimientos de mantenimiento,

niveles de interferencia, entre otros.

Para saber si un proceso de Handover es requerido, un móvil toma mediciones de radio de las

células vecinas, estas mediciones son reportadas a las células en servicio. El fin de estas

mediciones es encontrar la célula más viable para recibir al móvil.

Como ya se menciono existen tres tipos de Handover lo cuales a continuación se describirán:

El Handover suave se ejecuta dentro de mismo sistema.

El Handover duro puede ser ejecutado por la red UTRAN/GERAN o por UTRAN y GERAN o

incluso con la participación de la red central (Core Network) si las interfaces Iur e Iur-g entre las

RNS’s no existen, con esto dando la función de movilidad al usuario, este tipo de handover es

fundamental porque permite al usuario cambiar de red si es necesario para continuar con el

servicio.

El Handover entre sistemas consiste en cambiar de un sistema a otro completamente diferencia,

por ejemplo, cambiar de UMTS a GSM. Este tipo de handover es el más complicado ya que

tienen que cumplir varios requisitos; primero el usuario debe contar con un equipo que tenga el

modo dual, el handover toma más tiempo ya que debe sincronizarse con el sistema al que esta

ingresando la transmisión debe ser detenida en UMTS y reiniciada en GSM, además de las tasas

de transmisión entre un sistema y el otro.

En el caso de UMTS se agregan otros tres tipos de handover: el handover más suave, entre

frecuencias y handover entre modos.

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El Handover más suave aparece cuando un móvil se encuentra en un área en donde dos células se

traslapan, con la diversidad se suma la señal que llega de dos patrones de antenas diferentes y así

la BS no tiene que transmitir con más potencia.

El handover entre frecuencias consiste en que el movil debe cambiar su frecuencia portadora

resultando esto en un handover duro, la razón por la que tiene que existir este handover es por el

tipo de estructuras de las células y las condiciones de tráfico.

El handover entre modos es para el caso específico de UTRAN FDD y TDD, para este handover

se necesita un Terminal especial que soporte el modo dual.

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CAPÍTULO IV CONCLUSIONES

En la actualidad en México estamos viviendo en un estándar de segunda generación de telefonía

celular, GSM ocupa la mayoría de las redes existentes a escala mundial, los servicios que este

sistema ofrece y la cobertura han significado un avance importante para el desarrollo de la

tecnología móvil. Sin embargo, son el mismo desarrollo tecnológico y la demanda por la

información en cualquier momento o lugar los que han obligado a pensar en algo más allá de lo

existente; es por ello que desde que se lanzo la primer red GSM, el ETSI empezó a desarrollar los

estándares para la nueva generación de telefonía móvil, la tercera generación.

Al sistema de tercera generación se le denominó UMTS y fueron las propias compañías líderes

de telecomunicaciones en el mercado las que se unieron para crear el 3GPP con el firme

propósito de estandarizar el nuevo sistema; UMTS es un sistema de acceso múltiple por división

de código de Banda Ancha (W-CDMA). Este concepto es mucho más complejo. Haciendo una

analogía con los idiomas, es como si la información de cada usuario fuese traducida a un idioma

distinto y si transmitieran todas a la vez. Evidentemente esto provoca una amalgama de

información casi caótica. Sin embargo, la estación base es capaz de reconocer todas las palabras

de un determinado idioma, es decir, recuperar la información de un usuario sumergida en un

ruido total. Cada uno de esos idiomas es un código diferente que es asignado unívocamente a

cada usuario.

Los sistemas de segunda generación como GSM están optimizados para la transmisión de láxenla

de voz. Por ello son señales de banda estrecha, es decir, ocupan espacios pequeños en el espectro

radioeléctrico. Por otra parte de la duración de los espacios temporales o “slots” y la velocidad de

transmisión están diseñados para la transmisión de voz.

Sin embargo estos sistemas presentan claras limitaciones para la transmisión de datos

(navegación Web por Internet, transmisión de ficheros, televisión movil, videoconferencia, etc).

El tamaño físico de los slots y la velocidad de transmisión (9.6 Kbps), así como los traspasos

entre células mediante el procedimiento de handover con cambio de frecuencias, provocan una

importante falta de flexibilidad para la transmisión de datos y un uso muy ineficiente de los

recursos. Existen evoluciones del sistema GSM, por ejemplo GPRS, que, curiosamente se

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denominan sistemas de 2.5 Generación, que mediante la agrupación de varios slots proporciona

una mayor velocidad y flexibilidad hasta 144 Kbps. Sin embargo, esta tecnología se considero

desde su inicio como un puente hacia la tercera generación de móviles, en Europa, UMTS.

UMTS es un sistema que nació con la idea de ser un sistema multi-servicio y multi-velocidad, es

decir, es suficiente flexibilidad para adaptarse a transmisión de datos de distintas velocidades y

distintos requerimientos. La especificación del sistema incluso permite a un usuario realizar

diversas conexiones de diferentes servicios simultáneamente. Por ejemplo un usuario puede

realizar una video llamada a la vez que está enviando un correo electrónico y descargando un

juego de la red. Evidentemente esto dependerá de los servicios que tenga contratados con el

operador.

El sistema UMTS tiene esta capacidad y flexibilidad debido a dos factores. El primero de ellos lo

encontramos en el acrónimo WCDMA. La primera letra W se refiere a wideband que quiere decir

banda ancha. En contraposición con GSM de banda estrecha (200KHz) el sistema UMTS es de

banda ancha (5MHz) lo que nos permite la transmisión de datos a velocidades de 2Mbps, que es

cerca de 15 veces la velocidad conseguida con GPRS. Esto nos permite acceder a varios servicios

como videoconferencia, Televisión Móvil, Juegos Online con múltiples jugadores, servicios

basados en el lugar donde se encuentra el usuario (Guías Turísticas, Mapas de Carreteras) y otros

servicios difícilmente proveídos por GSM.

La flexibilidad ofrecida por UMTS viene por la posibilidad de obtener capacidad de la red bajo

demanda. UMTS permite que los usuarios accedan a distintas velocidades dependiendo de sus

necesidades. Por ejemplo, si un usuario está haciendo una transacción bancaria on-line y

descargando un juego, necesitará más recursos, que uno que solo esté enviando un correo. Esta

distinción también se puede hacer dentro del mismo servicio, por ejemplo, se puede hacer

videoconferencia de alta calidad (384 Kbps) o de baja calidad (144 Kbps). Además se pueden

establecer prioridades entre los servicios, de manera que un servicio en tiempo real, una llamada

de voz, tenga más prioridad que un servicio de entrega de mensajes email. De hecho UMTS

define cuatro categorías de servicio sobre la que definen una serie de atributos conforme a su

velocidad y prioridad. Estas clases son:

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Clase Conversacional: La más restrictiva y prioritaria en términos de retraso de la señal y de la

fluctuación del retraso. Ejemplos de esta clase son: llamada de voz y videoconferencias.

Clase Streaming: Donde la fluctuación de retraso se debe mantener muy baja. La aplicación típica

es la visualización de videos en Internet.

Clase Interactiva: Son aplicaciones de tipo petición-respuesta donde es muy importante la

integridad de los datos y un retardo limitado. Su servicio más típico es la navegación web o los

juegos online.

Clase Background: Tiene los requerimientos más bajos en cuento a retraso pero es muy

importante la correcta entrega de los datos. Su aplicación más característica es el envío y

recepción de correos.

La mayoría de las aplicaciones que se han puesto como ejemplo en las clases anteriores son

servicios típicamente ofrecidos en Internet, este es, por tanto otro de los puntos fuertes de UMTS

la capacidad de integrar dentro de su arquitectura las facilidades y capacidades que nos

proporciona el mundo Internet. De hecho está previsto que UMTS funcione usando el protocolo

IP, que como bien sabemos, es el protocolo básico de la red Internet. El hecho que Internet, la red

de redes, y UMTS funcionen sobre el mismo protocolo, es decir, bajo el mismo lenguaje, da lugar

al fenómeno denominado Convergencia fijo-móvil. Este consiste, entre otras cosas, en la

desaparición de las fronteras entre las redes fijas y móviles fundiéndolas en redes comunes en la

parte jerárquicamente superior, la parte dorsal, siendo transparente en la parte de acceso para el

usuario.

Existen varias diferencia entre GSM y UMTS, pero algunos de vital importancia son lo que se

enfrentarán cuando se intente implementar un sistema nuevo (UMTS) en un país como México

donde las redes actuales son GSM, TDMA y CDMA. Los inversionistas tendrán muchas

dificultades ya que los servicios ofrecidos por el nuevo sistema en un principio serán

prácticamente los mismos que las redes existentes. En este punto el usuario se preguntará para

que cambiar de sistema si no hay nuevos servicios, además se debe buscar la forma en que se

aproveche la infraestructura ya existente y no invertir de más. Los motivos por los cuales se debe

implementar un nuevo sistema son muchos y muy validos, aunque no se debe perder de vista que

los sistemas anteriores también buscaran renovarse y adaptarse a las nuevas necesidades. Hasta

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ahora la principal diferencia es la flexibilidad en la interfaz aérea que presenta UMTS, lo que da

como resultado altas velocidades de transmisión de datos, lo que permite el desarrollo de

servicios multimedia, en tiempo real y en tiempo no real. Esto gracias a que los canales se

pueden reconfigurar de acuerdo a las necesidades del servicio cosa que no se puede hacer en

GSM.

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BIBLIOGRAFÍA

Bates, Regis J., Comunicaciones Inalámbricas de Banda Ancha, McGraw Hill, Madrid 2003

Holma Harry, WCDMA for UMTS: radio access for third generation mobile telecommunications,

Rev. ed.

REFERENCIAS

www.uit.com

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http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lem/mayoral_p_e/capitulo3.pdf

Sistema UMTS, http://gsyc.escet.urjc.es/moodle/file.php/34/Teoria/B2.3_UMTS_v2.pdf

Estructura de la red UMTS,

http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lem/fajardo_p_d/capitulo1.pdf

Osorio Carlos A., Banda Ancha: Aspectos a Considerar en un debate de política pública,

http://web.mit.edu/cosoriou/www/docs/banda_ancha_Carlos_Osorio.pdf

Descripción de UMTS, catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lem/lopez_g_j/capitulo2.pdf

Introducción a WCDMA

http://catarina.udlap.mx/u_dl_a/tales/documentos/lem/fajardo_p_d/capitulo2.pdf

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LISTA DE ACRÓNIMOS

RTT .- Tiempo de Viaje Redondo

IP-. Protocolo de Internet

ISP.- Proveedor de Servicios de Internet

DSL.- Línea de Abonado Digital

UIT .- Unión Internacional de Telecomunicaciones

MTS.- Servicio de Telefonía Móvil

IMTS .- Servicio de Telefonía Móvil Mejorado

FCC.- Comisión Federal de Comunicaciones

FDMA .- Acceso Múltiple por División de Frecuencia

FDD.- División de Frecuencia Duplex

AMPS.- Servicios Analógico de Telefonía Móvil

NMT .- Sistema de Telefonía Móvil Nórdica

TACS.- Sistema de Acceso Total de Comunicación

GSM.- Sistema Global para las Comunicaciones Móviles

CEPT.- Conferencia Europea de Administraciones de Correos y Telecomunicaciones

TDMA. - Acceso Múltiple por División de Tiempo

CDMA .- Acceso Múltiple por División de Código

WAP.- Protocolo de Acceso Inalámbrico

UMTS.- Sistema de Telecomunicaciones Móviles de Tercera Generación

HSCSD.- Datos con Conmutador de Circuitos de Alta Velocidad

GPRS.- Servicio General de Paquetes de Radio

EDGE.- Velocidades de Datos Extendidas para una Evolución Global

TDD.- División de Tiempo Duplex

WCDMA .- Acceso Múltiple por División de Código de Banda Ancha

TIA .- Asociación Internacional de Telecomunicaciones

el sistema de banda ancha para la tercera generaciÓn

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