Telefonia Celular

Resumen:

El siguiente informe de Investigación explica el funcionamiento del sistema de telefonía celular, que ha tenido una gran difusión a fin del siglo XX.

El informe abarca desde la perspectiva histórica del sistema, sus comienzo y su desarrollo hasta una explicación detallada de cada parte que integra sistema. El fin de este trabajo es explicar de forma sencilla como funciona el sistema de telefonía celular usado en estos días.

Perspectiva Histórica:

La radio móvil fue usada desde 1921, cuando el Departamento de Policía de Detroit utilizó un sistema de radio móvil que operaba a una frecuencia cercana a 2 MHz. En 1940 , la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) dispuso nuevas frecuencias para la radio móvil en la banda de frecuencia de 30 a 40 MHz. Sin Embargo, hasta que los investigadores desarrollaron técnicas de modulación en frecuencia, para mejorar la recepción en presencia de ruido electrónico y desvanecimiento de señales, la radio móvil se convirtió en útil. El primer sistema de telefonía móvil comercial en los Estados Unidos se estableció, en 1946, en St. Louis Missouri, cuando la FCC proporcionó seis canales de telefonía móvil de 60 KHz, en el rango de frecuencias 150 MHz. En 1947 se estableció un sistema móvil público en la carretera entre la ciudad de Nueva York y Boston que opero en el rango de frecuencia de 35 a 40 MHz.

En 1949, La FCC autorizó seis canales móviles adicionales a las portadoras de radio comunes, las cuales definieron como compañías que no proporcionan un servicio telefónico de línea alámbrica pública, pero si se interconectan a la red telefónica pública y proporcionan un servicio de teléfono inalámbrico equivalente. La FCC después incrementó el número de canales de 6 a 11, reduciendo el ancho e banda a 30 KHz y espaciando los nuevos canales entre los viejos. En 1950, la FCC agregó 12 canales nuevos en la banda de 450 MHz.

Hasta 1964, los sistemas de telefonía móvil operaban sólo en el modo manual; un operador del teléfono móvil especial manejaba cada llamada, de y hacia cada unidad móvil. En 1964, los sistemas selectores de canales automáticos fueron colocados en servicio para los sistemas de telefonía móvil. Esto eliminó la necesidad de la operación oprimir-para-hablar (push-to-talk) y les permitía a los clientes marcar directamente sus llamadas, sin la ayuda de una operadora. La instalación de llamadas automáticas fue extendida a la banda de 450 MHz, en 1969, y los sistemas de telefonía móvil mejorados (IMTS), se convirtieron al servicio de telefonía móvil estándar de Estados Unidos. El MTS usa los canales de radio de FM para establecer enlaces de comunicación, entre los teléfonos móviles y los transceptores de estación de base centrales, los cuales se enlazan al intercambio de teléfono local por medio de las líneas telefónicas metálicas normales. Los sistemas MTS sirven a un área de aproximadamente 60 Km a la redonda y cada canal opera similarmente a una línea compartida. Cada canal puede asignarse a varios suscriptores, pero sólo un suscriptor puede utilizarlo a la vez. Si el canal preasignado está ocupado, el suscriptor debe esperar hasta que se desocupe, antes de hacer o recibir una llamada.

La demanda creciente en el espectro de frecuencia de telefonía móvil saturado impulsó a la FCC a buscar un modo de proporcionar una eficiencia del espectro de frecuencia mayor. En 1971 AT&T hizo una propuesta sobre la posibilidad técnica de proporcionar respuesta a lo anterior. Se comenzaba a delinear el principio de la radio celular.

En marzo de 1983 se aprobó el plan de licencias para la radio celular

Radio Celular

La radio celular corrige muchos de los problemas de los servicios de telefonía móvil de dos direcciones tradicionales y crea un ambiente totalmente nuevo para el servicio telefónico tradicional de líneas alámbricas. Los conceptos claves de la radio celular fueron descubiertos por los investigadores, en los laboratorios de Teléfonos Bell, en 1947. Fue determinado que, subdividiendo un área geográfica relativamente grande en secciones más pequeñas llamadas celdas o células, se podría aplicar un concepto de rehuso de frecuencias para incrementar dramáticamente la capacidad de un canal de telefonía móvil. El rehuso de frecuencias es cuando el mismo de conjunto de frecuencias (canales) se puede asignar a mas de una célula, siempre y cuando las células estén a una cierta distancia de separación. Esencialmente, los sistemas de telefonía celular permiten que un gran número de usuarios compartan un número limitado de canales de uso común disponibles en una región. Además, la tecnología de circuitos integrados y de microprocesadores ha permitido recientemente que los circuitos de radio y lógica compleja sean utilizados en las máquinas de conmutación electrónica para almacenar los programas que proporcionan un procesamiento de llamadas rápido y eficiente.

El 1974, la FCC proporcionó un ancho de banda de 40 MHz adicionales para el servicio de radio celular (825 a 845 MHz y 870 a 890 MHz). Estas bandas de frecuencias fueron previamente asignadas a los canales de televisión 70 a 83 de UHF. En 1975, se concedió a AT&T la primera licencia para operar un servicio de radio celular en desarrollo, en Chicago, AT&T subsecuentemente formo el servicio de Telefonía Móvil Avanzado (AMPS)

Distribución de la Frecuencia

En 1980, la FCC decidió dar una licencia de dos portadoras comunes por área de servicio. La idea era eliminar la posibilidad de un monopolio y proporcionar las ventajas que generalmente acompañan un ambiente competitivo. Subsecuentemente, surgieron dos sistemas de distribución de frecuencia, cada uno con su propio grupo de canales, sistema A y sistema B, para compartir el espectro de la frecuencia distribuida. El sistema A se definió para las compañías inalámbricas y el sistema B se definió para las compañías con líneas alámbricas.

Las figuras 1 y 2 muestran los sistemas de administración de frecuencias para el servicio de Telefonía Móvil Avanzado (AMPS) y Sistema de Comunicación de Acceso Total (TACS), respectivamente. El sistema celular AMPS usa una banda de frecuencia de 20 MHz compuesta de 666 canales con espacios, entre canales de 30 KHz. Para las unidades móviles, el canal 1 tiene una frecuencia de transmisión de 825.03 MHz y el canal 666, en 889.98 MHz. Un espectro de frecuencias de 5 MHz adicional, se aumentó posteriormente a la banda de 20 MHz existente, lo cual incrementa el número total de canales disponibles a 832. El estándar celular TACS utiliza una banda de frecuencia de 15 MHz que abarca 600 canales con un espacio, entre canales, de 25 KHz. La frecuencia de transmisión parta el canal 1, es 890.0125 MHz y de 904.9875 MHz, para el canal 600. Los espectros de canales de AMPS y TACS se dividen en dos grupos básicos. Un conjunto de canales se dedica para el intercambio de información de control entre unidades móviles y el sitio de célula, y tienen el término de canales de control. El segundo grupo, con el término de canales de voz o usuario, consiste de los canales restantes y se usa para conversaciones reales. Como el sistema AMPS, los receptores TACS operan a 45 MHz, arriba de la frecuencia de transmisión.

Por lo tanto, para las unidades móviles, el canal 1 recibe en 935.0125 MHz y el canal 600, en 959.9875 MHz. Las figuras 1 y 2 muestran el espectro de frecuencias adicional, para los 166 canales adicionales para AMPS y 400 canales para TACS.

Puede observarse que el espectro de frecuencias adicional, TACS no se implantó y los canales de control dedicado son para el sistema de 600 canales El área sombreada delinea el conjunto de canales de control dedicados.

Existen varios tipos de teléfonos celulares: móviles, o montables en autos; portátiles o teléfono de bolsillo; y de manos o teléfono transportable.

Existen tres clases de teléfonos celulares (cuatro para TACS). La clase en que entra un radio en particular se determina por el tipo de teléfono que es y cuanta potencia de transmisión es capaz de producir. Los móviles (clase 1) irradian mayor cantidad de potencia y, después, los transportables (clase 2);

teléfonos de bolsillo (clase 3; clases 3 y 4 para TACS), tienen la capacidad de salida de potencia más baja.

Concepto básico de radio Celular

El concepto básico de radio celular es muy sencillo: cada área se divide en celdas (células) hexagonales que encastran juntas para poder formar un patrón de panal.

Se eligió la forma de hexágono porque proporciona la transmisión más efectiva aproximada a, un patrón circular, mientras elimina espacios presentes entre los círculos adyacentes. Una célula se define por su tamaño físico y, lo más importante, por el tamaño de su población y patrones de tráfico. El número de células por sistema lo define el proveedor y lo establece de acuerdo a los patrones de tráfico anticipados. Cada área geográfica del servicio móvil se distribuye en 666 canales de radio celular. Cada transceptor con un área envolvente tiene un subconjunto fijo de 666 canales de radio disponibles, basados en el flujo de tráfico anticipado.

La figura 3 muestra un sistema de telefonía celular simplificado que incluye todos los componentes básicos necesarios para las comunicaciones de radio celular. Hay una red de radio de FM que cubre un conjunto de áreas geográficas (células) dentro de las cuales las unidades de radio móvil de dos vías, como los teléfonos celulares, se pueden comunicar. La red de radio se define por un conjunto de transceptores de radio frecuencia, ubicados en el centro físico de cada célula. Las ubicaciones de estos transceptores de radio frecuencia se llaman Estaciones Base. Una estación base sirve como un control central para todos los usuarios dentro de esa célula. Las unidades móviles se comunican directamente con la estación base, la cual sirve como una estación retransmisora de alta potencia. Las unidades móviles transmiten a la estación base y la estación base emite esas transmisiones a una potencia mayor. La estación base puede mejorar la calidad de la transmisión, pero no pueden incrementar la capacidad de canales, dentrodel ancho de banda fijo de la red. Debido a que las estaciones estándistribuidas sobre un área de cobertura del sistema y se administran, también se controlan por un controlador de sitio de células computarizado que maneja un control del sitio de célula y funciones de conmutación. El conmutador se llama Oficina de Conmutación de Telefonía Móvil (MTSO). Una estación base se compone de un transceptor de FM de baja potencia, amplificadores de potencia, unidad de control y otro hardware, dependiendo de la configuración del sistema. La radio celular utiliza varios transceptores con potencia moderada en un área de servicio relativamente ancha, al contrario de MTS, el cual usa un transceptor de alta potencia en una elevación alta. La función de la estación base es una interfaz entre los teléfonos móviles celulares y el MTSO. Se comunica con el MTSO sobre enlaces de información dedicadas, metálicas y no metálicas, y se comunica con las unidades móviles, sobre las ondas de aire, utilizando un canal de control

La función de MTSO es controlar el procesamiento y establecimiento de llamadas así como la realización de llamadas, lo cual incluye señalización, supervisión, conmutación y distribución de los canales de RF. El MTS, también proporciona una administración centralizada y el mantenimiento crítico para toda la red e interfaces con la Red de Telefonía Pública Conmutada. (PTSN), asimismo, acordar las instalaciones de transmisión de voz con líneas alámbricas y servicios de telefonía con líneas alámbricas convencionales.

Un MTSO se conoce por diferentes nombres, dependiendo del fabricante y la configuración del sistema. MTSO (Oficina de conmutación de Telefonía móvil), fue el nombre dado por los laboratorios Bell; EMX (Intercambio Móvil Electrónico) por Motorola; AEX por Ericson, NEAX por NEC; SMC (Centro de conmutación Móvil) y MMC (Centro Móvil Maestro), por Novatel.

Cada área geográfica o célula generalmente puede acomodar hasta 70 diferentes canales de usuario simultáneamente. Dentro de una célula, cada canal puede soportar sólo un usuario de telefonía móvil a la vez. Los canales están asignados de manera dinámica y dedicados a un solo usuario, por la duración de la llamada, y cualquier usuario puede ser asignado a cualquier canal de usuario. Esto se llama reuso de frecuencia, y permite que un sistema de telefonía celular, en un área sencilla, maneje considerablemente mas de los 666 canales disponibles. Por lo tanto, la radio celular hace un uso más eficiente del espectro de frecuencias disponibles, que un servicio MTS tradicional.

Conforme se aleja un teléfono de un transceptor, en el centro de una célula, la intensidad de la señal recibida comienza a disminuir. La máxima potencia de salida de un transceptor celular es de 35 dBm (3 W) y puede ajustarse a incrementos reductores de 4 dB hasta 7.8 dBm (0.7 W). La potencia de salida de las unidades móviles se controla por la estación base, por la transmisión de comandos up/down, lo cual depende de la intensidad de la señal que esté recibiendo actualmente. Cuando la intensidad de la señal disminuye, por debajo de un nivel umbral predeterminado, el centro de conmutación electrónico localiza la célula en el panal que está recibiendo la señal más fuerte de la unidad y transfiere de la unidad móvil al transceptor en la nueva célula. La transferencia incluye convertir la llamada a una frecuencia disponible dentro del subconjunto de canales distribuidos en la nueva célula. Esta transferencia se llama entrega y es completamente transparente al usuario (el cliente no sabe que su servicio ha sido conmutado). La transferencia toma aproximadamente 0.2 Seg. Lo cual es imperceptible a los usuarios de teléfono de voz. Sin embargo, un retardo de ese orden puede ser destructivo en una transferencia de datos.

Los seis componentes principales de un sistema de radio celular son:

Centro de Conmutación Electrónico.
Controlador de Sitio de Célula.
Transceptores de Radio.
Interconexiones del Sistema
Unidades de Telefonía Móvil
Protocolo de Comunicaciones

El Centro de Conmutación Electrónico es un conmutador telefónico digital y es el corazón del sistema celular. El conmutador realiza dos funciones
esenciales: (1) controla la conmutación entre la red telefónica pública y los sitios de células para todas las llamadas de alámbrica a móvil, móvil a alámbrica y móvil a móvil; y (2) procesa información recibida de los controladores de sitio de célula que contiene el estado de la unidad móvil, información de diagnóstico y compilación de facturas. El conmutador electrónico se comunica con los controladores de sitio de célula con un enlace de datos utilizando el protocolo X.25 y la tasa de transmisión de 9.6 kbps a full-duplex.
Centro de Conmutación Electrónico:
Cada célula contiene un controlador de sitio de célula que opera bajo la dirección del centro de conmutación. El controlador de sitio de célula administra cada uno de los canales de radio en el sitio, supervisa llamadas, enciende y apaga el transceptor de radio, inyecta información a los canales de control y usuario y realiza pruebas de diagnóstico en el equipo de sitio de la célula.
Controlador de Sitio de Célula:
Los Transceptores de Radio utilizados para la radio celular son FM de banda angosta, con una frecuencia de audio de 300 Hz a 3 KHz y una desviación de frecuencias de +/- 12 KHz para una modulación al 100 %. Esto corresponde a un ancho de banda de 30 KHz usando la regla de Carson. Cada célula contiene un transmisor y dos receptores de radio sintonizados a la misma frecuencia. Se selecciona a cualquier receptor de radio que detecte la señal más fuerte.
Transceptores de Radio:
Las líneas telefónicas terminadas a cuatro hilos se utilizan para conectar los centros de conmutación a cada uno de los sitios de la célula. Existe un circuito troncal de cuatro hilos asignado para cada uno de los canales del usuario de la célula. Además, debe haber por lo menos un circuito a cuatro hilos para conectar el conmutador a un controlador de sitio de célula como canal de control.
Interconexiones del Sistema:
Las Unidades de Telefonía Móvil y portátiles son básicamente la misma cosa. La única diferencia es que las unidades portátiles tienen una potencia de salida más baja y una antena menos eficiente. Cada unidad de teléfono móvil consiste de una unidad de control, un transceptor de radio, una unidad lógica y una antena móvil. La unidad de control alberga todas las interfaces de usuario, incluyendo un auricular. El transceptor de radio utiliza un sintetizador de frecuencias para sintonizar cualquier canal del sistema celular asignado. La unidad lógica interrumpe las acciones del suscriptor y los comandos del sistema y maneja al transceptor y las unidades de control
Unidades de Telefonía Móvil:
Protocolo de Comunicaciones:

El último componente del sistema celular es el Protocolo de Comunicaciones que gobierna la manera en que una llamada telefónica es establecida. Los protocolos celulares difieren entre países. En estados Unidos se utiliza el estándar del Servicio de Telefonía Avanzado (AMPS), mientras que en Canadá se utiliza el sistema AURORA 80B. Cada país europeo tiene su propio estándar. El Sistema de Comunicaciones de Acceso Total (TACS) se usa en el Reino Unido; NMT o sistema nórdico en los países escandinavos; RC2000 en Francia; NETZ C-450 en Alemania; y NTT es el estándar japonés para la telefonía celular.

Procesamiento de Llamadas

Una llamada telefónica sobre una red celular requiere del uso de dos canales de voz full duplex simultáneamente, uno se llama canal de usuario y el otro, el canal de control. La estación base transmite y recibe, y se llama canal de control directo y canal de voz directo, y la unidad móvil transmite y recibe con el control y los canales de voz diversos.

La conclusión de una llamada dentro de un sistema de radio celular es muy similar a la de telefonía pública conmutada. Cuando una unidad móvil se enciende, realiza una serie de procedimientos de arranque y después prueba la intensidad de la señal recibida en todos los canales de usuario prescritos. La unidad automáticamente se sintoniza al canal con la intensidad de la señal de recepción mas fuerte y se sincroniza para controlar la información transmitida por el controlador de sitio de célula. La unidad móvil interpreta la información y continúa monitoreando el/los canal(es) de control. La unidad móvil automáticamente rastrea periódicamente para asegurarse que está utilizando el mejor canal de control.

Dentro de un sistema celular, las llamadas se pueden realizar entre una línea compartida y un teléfono móvil o entre dos teléfonos móviles.

Llamada de línea a móvil:

El centro de conmutación de un sistema celular recibe una llamada de una línea compartida a través de una línea interconectada dedicada, desde la red telefónica pública conmutada. El conmutador traslada los dígitos marcados y determina si la unidad móvil, a la cual la llamada está destinada, está colgada o descolgada (ocupada). Si la unidad móvil está disponible, el conmutador vocea al suscriptor móvil. Siguiendo una respuesta de voceo de la unidad móvil, el conmutador asigna un canal desocupado e instruye a la unidad móvil que se sintonice en ese canal. La unidad móvil envía una verificación de la sintonización del canal por medio del controlador en el de sitio de célula y después envía un tono de progreso de llamada al teléfono móvil del suscriptor, causando que éste suene. El conmutador termina los tonos de progreso, cuando recibe la indicación positiva que el suscriptor ha contestado el teléfono y la conversación entre dos personas comienza.

Llamada de móvil a línea:

Un suscriptor móvil que desea llamar a una línea compartida, primero introduce el número llamado en la memoria de la unidad, usando los botones de tono o de pulso en la unidad del teléfono. El suscriptor, entonces oprime la tecla para enviar, la cual transmite el número marcado, así como el número de identificación del suscriptor móvil al conmutador. Si el número de identificación es válido, el conmutador enruta la llamada sobre una interconexión de línea terminada a la red de telefonía pública, lo cual termina la conexión a la línea compartida. Usando el controlador de sitio de célula, el conmutador asigna a la unidad móvil que sintonice ese canal. Después de que el conmutador reverifica que la unidad móvil está sintonizada al canal asignado, el suscriptor móvil recibe un tono de llamada en progreso, audible, del conmutador. Después que la persona a la que se llamó levanta el teléfono, el conmutador termina los tonos de llamada en progreso y la conversación puede comenzar.

Llamadas de móvil a móvil:

Las llamadas entre dos unidades, también son posibles en el sistema de radio celular. Para originar una llamada a otra unidad móvil, el que llama introduce el número marcado en la memoria de la unidad, por medio del teclado en el dispositivo de teléfono y después oprime la tecla enviar. El conmutador recibe el número de identificación del que llama y el número marcado y después determina si la unidad llamada está libre para recibir una llamada. El conmutador envía un comando de voceo a todos los controladores de sitio de célula y el que es llamado (el canal puede estar en cualquier parte del área de servicio) recibe un llamado. Después de un voceo positivo del que fue llamado, el conmutador asigna a cada uno, un canal de usuario desocupado y les instruye que se sintonicen a su canal respectivo. Entonces el teléfono del que se está llamando suena. Cuando el sistema recibe una noticia de que el que fue llamado ha contestado el teléfono, el conmutador termina el tono de llamada progresiva y la conversación puede comenzar entre las dos unidades.

Si un suscriptor móvil desea iniciar una llamada y los canales de usuario están ocupados, el conmutador envía un comando de reintento instruyendo al suscriptor que vuelva a intentar la llamada por medio de una célula vecina. Si el sistema no puede distribuir un canal de usuario por medio de la célula vecina, el conmutador transmite un mensaje de intercepción a la unidad móvil que esta llamando por medio del canal de control. Cada vez que esta llamando a un suscriptor móvil que está ocupado, el que llama recibe una señal de ocupado. Además, si el número que se está marcando no es válido, el sistema envía un mensaje grabado por medio del canal de control o proporciona un aviso de que la llamada no puede procesarse.

Características del control de Flujos (entregas)

Una de las características más importantes de un sistema celular es su capacidad de transferir llamadas, que ya están en proceso, de un controlador de sitio de célula a otro conforme las unidades móviles e mueven, de célula a célula, dentro de la red celular. Este proceso de transferencia se llama control de flujo o entregas. Las computadoras en las estaciones del controlador del sitio de célula transfieren llamadas de célula a célula con un mínimo de interrupción y ninguna degradación en la calidad de la transmisión. El algoritmo de decisiones de control de flujo se basa en las variaciones de la intensidad de la señal. Cuando una llamada está en progreso, el centro de conmutación monitorea la intensidad de la señal recibida de cada canal de usuario. Si el nivel de la señal de un canal ocupado cae debajo de un nivel de umbral predeterminado, para un intervalo de tiempo dado, el conmutador realiza un control de flujo, si existe un canal vacante, La operación de control de flujo reenruta la llamada por un sitio de célula nuevo.

El proceso de control de flujo requiere de aproximadamente 200 mS. Los parámetros de control de flujo permiten la transferencia optimizada basada en una carga de tráfico del sitio de célula y el terreno que lo rodea. El bloqueo ocurre cuando el nivel de la señal cae a menos del nivel útil y no existen canales utilizables de intercambio. Para ayudar a evitar el bloqueo o la pérdida de una llamada, durante el proceso de control de flujo, el sistema emplea un esquema de balanceo de cargas que libera los canales para el control, de flujo y establece prioridades de control de flujo. Los programadores en el sitio del conmutador central actualizan continuamente el algoritmo de conmutación para enmendar al sistema hasta acomodar las cargas de tráfico variantes.

Problemas con los teléfonos celulares

Como el caso de los teléfonos inalámbricos, los teléfonos celulares tienen varias desventajas que debe conocer. Vale aclarar que las desventajas no son necesariamente defectos o fallas en el diseño de un teléfono celular, sino sólo son parte de la naturaleza del producto. En la mayoría de los casos, estas desventajas tienen que ver con en enlace de radio entre el teléfono

celular y una estación de celda. Los problemas de los teléfonos celulares pueden agruparse en cuatro categorías fundamentales:

pérdidas de señal,
Zonas Muertas
Problemas de baterías
Intimidad

Un problema inherente a las señales de radio en la gama de 800 a 900 MHz (banda de comunicaciones celulares)es que las señales tienden a moverse sólo en líneas rectas a partir de su antena. Dichas ondas de radio de alta frecuencia son debilitadas o atenuadas por la humedad de la atmósfera, reflejada por edificios y superficies lisas tales como agua y pueden ser bloqueadas completamente por obstáculos geográficos grandes como montañas y colinas.
Cuando su teléfono celular está en movimiento, la intensidad de la señal recibida puede disminuir lo suficiente en algunos casos como para causar interrupciones breves de la señal recibida. Casos más severos pueden impedir que su señal transmitida llegue a la estación de celda. Observará éstas pérdidas de señal como pausas repentinas en la recepción. Podría haber sido una o dos pausas breves, o una serie de pausas de duración variables, dependiendo de la severidad de la circunstancia.
Otra causa común de la pérdida de la señal ocurre cuando uno se aproxima a le región fronteriza de un área de servicio en la que no halla otras estaciones que acepten la transferencia de su conversación. Experimentará un debilitamiento gradual de la señal hasta que comiencen pérdidas breves de la señal. Las pérdidas de señal rápidamente empeorarán hasta que quede completamente desconectado.
Los controles de la estación de celdas generalmente están diseñados para pasar por alto pérdidas menores de señal sin interrumpir su conversación. Sin embargo, perdidas de señal continuas o prolongadas pueden hacer que la estación de celda lo desconecte. Con el tiempo sabrá dónde se localizan las áreas de cobertura débil en la región.
Perdidas de Señal:
En principio, las zonas muertas ocurren por las mismas razones generales que las pérdidas de señal, aunque el área de cobertura débil se presenta a escala mucho mayor. La pérdida de las señales recibidas puede ser tanto tiempo que la estación de celdas interpreta la pérdida de señal como haber colgado. La estación de celda responde dejando libre el canal perdido, resignando los canales según lo necesiten otras llamadas.
Áreas con colinas, montañosas o urbes densas, a menudo experimentan zonas muertas. Las señales son absorbidas o reflejadas; evitando que las ondas de radio se propaguen hasta el área deseada. Algunas veces una zona muerta puede eliminarse cambiando la localización de la estación de celda dividiendo la celda para añadir estaciones adicionales que cubran adecuadamente el área afectada.
Zonas Muertas:
Los teléfonos celulares son alimentados por paquetes de baterías recargables de NiCad (Níquel/Cadmio). Aunque las baterías de Nicad son un método conveniente y efectivo para alimentar el teléfono, tienen varias desventajas a saber.
En primer lugar, las baterías de NiCad tienen una densidad de energía algo menor a las baterías no recargables. Puesto que su densidad de energía es relativamente baja, las baterías de esta clase no son muy adecuadas para proporcionar energía a cargas grandes, o a cargas aplicadas por períodos prolongados (sin ser recargadas). De hecho, las celdas de NiCad terminan descargándose por completo por el sólo hecho de dejarlas guardadas a menos que reciban una carga lenta o reserva constante.
Aunque los materiales y la construcción de las baterías de NiCad se han perfeccionado y se cuenta con circuitos integrados refinados que han disminuido el consumo total de energía de las celdas de NiCad, no debe esperar más de unas cuantas horas de servicio de un paquete de baterías de NiCad antes que requieran un recargado. Afortunadamente, pocas llamadas duran tanto tiempo y es conveniente mantener al teléfono celular en una estación de carga cuando no se usa.
Las baterías de NiCad también pueden presentar problemas cuando se descarguen regularmente hasta los mismos niveles y luego se recarguen. Esto puede suceder, por ejemplo, su invierte un promedio de 30 minutos de llamadas varias veces en un día, dejando que el teléfono se recargue entre llamadas. Este modo de operación de descarga parcial puede provocar que las baterías generen memoria, es decir, que las baterías tiendan a funcionar de manera correcta sólo hasta el punto en el que normalmente se descargan. Si las baterías se usan más allá de este punto, no tendrían la cantidad de energía requerida (o esperada) para alimentar el circuito.
Teniendo en cuenta que toma mucho tiempo para que las baterías de NiCad presenten este tipo de problema (no ocurre de un día para el otro). Algunas veces la memoria puede contrarrestarse haciendo pasar la batería por varios ciclos de descarga/recarga completa. Esto puede lograrse simplemente si no se pone el teléfono en su estación de carga durante uno o dos día de uso normal y luego dejando que se recargue completamente.
Finalmente, las celdas de NiCad pueden dejar de funcionar simplemente por desgaste normal. La carga y descarga constante pueden originar tensiones físicas en la batería que con el tiempo pueden hacer que deje de servir y sea incapaz de mentaren una carga apreciable. Cuando ocurre esto, el paquete de baterías debe reemplazarse.
Actualmente se han desarrollado nuevas batería como las de níquel/metal que poseen muchas mejoras con respecto a las anteriormente mencionadas; mayor capacidad y ausencia de "memoria" son algunas de ellas. El desarrollo de baterías para el uso de
celulares sigue en marcha y la comercialización de las nuevas: litio/ion es una muestra de ello.
Problemas de Baterías
Intimidad.

Es importante tener en cuenta que el teléfono celular, es en gran medida, un radiotransceptor. El enlace entre su teléfono celular y la estación de celda más cercana esta compuesto por ondas electromagnéticas públicas. En consecuencia, cualquier persona con un receptor sintonizado ya sea a su canal de frecuencia de transmisión o recepción podrá oír por lo menos la mitad de la conversación que ocupa ese canal. La transmisión y recepción se realizan a dos frecuencias diferentes y, por consiguiente, un oyente secreto no puede escuchar ambas partes de una conversación simultáneamente.

Este es un gran problema para personas preocupadas por su intimidad. Sin embargo, ni siquiera el receptor más refinado puede recibir señales más allá de la capacidad de su teléfono para transmitir. Los teléfonos celulares típicamente tienen un alcance de varios kilómetros, por lo que un oyente secreto tendría que estar cerca para poder oirlo con claridad. Además, cuando un teléfono celular está en movimiento, hay un cambio de canales de conversación cuando se realiza la transferencia entre celdas. Un oyente secreto tendría que seguirlo y poder buscar entre los 666 canales el correspondiente a la conversación, lo que representa un procedimiento prácticamente imposible incluso para los profesionales expertos en radio.

Para evitar la remota posibilidad de ser escuchados secretamente por medio electrónicos, una nueva generación de accesorios de teléfonos celulares emplea procesamiento digital de señales y técnicas de compresión para codificar la voz transmitida y decodificar la voz recibida en el teléfono

destino. La persona que llama del otro extremo de la conversación, también debe tener un acceso similar con el mismo patrón de seguridad. Cualquier señal de voz transmitida por ondas electromagnéticas públicas estaría codificada y sería ininteligible para cualquier persona que pudiera estar escuchando sin un decodificador codificado correctamente

El teléfono celular.

La figura ilustra el diagrama en bloques de un teléfono celular típico. Debido a que un teléfono celular debe poder transmitir full-duplex, se diseña de tal manera que el transmisor y el receptor puedan operar simultáneamente. El receptor opera de manera similar a un radio FM comercial, con la diferencia de que la primera frecuencia intermedia (FI) se ubica en 45 MHz. La segunda frecuencia intermedia se escoge igual a 455 KHz, como lo es usual en recepción de FM y AM.

En cuando a la transmisión de FM, el método escogido para modular es el de modulación directa por control de un VCO con multiplicación de frecuencia para aumentar tanto la frecuencia de portadora como el índice de modulación. La desviación de frecuencia utilizada es de 12 KHz y la banda de frecuencias de voz transmitida comprende el rango de 300 Hz a 3K Hz anteriormente nombrada. El sistema de antena y diplexor permiten la transmisión y recepción simultánea de señales. Las frecuencias necesarias para la modulación y la demodulación son generadas digitalmente a partir de sintetizadores de frecuencias.

El microprocesador aporta la inteligencia y el control del aparato, supervisando todas las tareas a bordo del dispositivo, incluido el control de potencia radiada para preservar la carga de la batería. El procesador, además, se encarga del manejo de pantalla y del teclado. Muchas de las funciones descritas en el digrama de bloques están disponibles en forma de chipsets que se fabrican para trabajar armónicamente con el fin de reducir el número de componentes necesarios para la impelementación del mismo

Características más relevantes de un sistema inalámbrico:

Cobertura:

La cobertura del sistema se refiere a las zonas geográficas en las que se va a prestar el servicio. La tecnología más apropiada es aquella que permita una máxima cobertura con un mínimo de estaciones base, manteniendo los parámetros de calidad exigidos por las necesidades de los usuarios. La tendencia en cuanto a cobertura de la red es permitir al usuario acceso a los servicios en cualquier lugar, ya sea local, regional, nacional e incluso mundial, lo que exige acuerdos de interconexión entre diferentes operadoras para extender el servicio a otras áreas de influencia diferentes a las áreas donde cada red ha sido diseñada.

Capacidad.

Se refiere a la cantidad de usuarios que se pueden atender simultáneamente. Es un factor de elevada relevancia, pues del adecuado dimensionamiento de la capacidad del sistema, según demanda de servicio, depende la calidad del servicio que se preste al usuario. Esta capacidad se puede incrementar mediante el uso de técnicas tales como la reutilización de frecuencias, la asignación adaptativa de canal, el control de potencia, saltos de frecuencia, algoritmos de codificación, diversidad de antenas en la estación móvil, etc.

Diseño de las celdas.

La estructura de las redes inalámbricas se diseña teniendo presente la necesidad de superar los obstáculos y manejar las características propias de la radiopropagación. Disponer de un radio enlace directo para cada suscriptor, predecir las características de la señal en zonas urbanas donde la densidad de suscriptores es alta y las edificaciones tienen gran influencia en la propagación, son factores que establecen limitaciones fundamentales en el diseño y ejecución de los sistemas inalámbricos orientados a las necesidades personales y empresariales. Los mecanismos que gobiernan la radiopropagación son complejos y diversos, y generalmente se atribuyen a fenómenos que sufren las ondas electromagnéticas en su transporte, tales como reflexión, difracción, dispersión y en general pérdidas de propagación. Los requerimientos para reducir el efecto de estos fenómenos en las comunicaciones son definidos de diversas maneras dependiendo de la tecnología utilizada.

Según la capacidad y cobertura requeridas en el área de influencia de las redes, su diseño implicará la utilización de celdas de diferentes radios y las antenas de las estaciones base presentarán diferentes alturas y potencias de transmisión. De allí surgen las definiciones de sistemas macrocelulares, microcelulares y picocelulares.

Las macroceldas son los modelos de comunicación más comunes para operación celular. El rango de cubrimiento de éstas se encuentra entre 1 y 30 kilómetros, por lo que son utilizadas principalmente para el manejo del tráfico originado por usuarios que se encuentran en movimiento a gran velocidad, disminuyendo de esta forma el número de handoff y aumentando de esta manera la calidad del servicio al reducir la probabilidad de caída de llamadas.

El uso de microceldas (con rango de cubrimiento entre 100 y 1000 metros) incrementa la capacidad de la red, ya que permite hacer un mayor manejo de tráfico y hace posible la utilización de potencias de transmisión muy bajas. Desde el punto de vista del operador, esto se traduce en ventajas adicionales como una mejor cobertura, bajos costos de la red por suscriptor y mayor eficiencia en la operación del sistema. Los requerimientos claves del sistema microcelular incluyen la coexistencia e interoperabilidad con los sistemas ya instalados, necesitándose un desarrollo mínimo de ingeniería para su diseño.

Al reducir mucho más el tamaño de las celdas, se logran las picoceldas (cubrimiento menor a 100 metros). Como se sabe, una reducción en el tamaño de una celda implica un aumento en su capacidad (manejo de tráfico), por lo que las picoceldas se utilizan para brindar cobertura en las zonas identificadas como de muy alto tráfico, tales como centros de negocios o centros comerciales, donde los usuarios tienen un patrón de comportamiento de baja movilidad y se encuentran en un ambiente cerrado.

Manejo del Handoff (manos libres)

El handoff es el proceso de pasar una llamada de un canal de voz en una celda a un nuevo canal en otra celda o en la misma, a medida que el usuario se mueve a través de la red. El manejo de estas transiciones es un factor vital para garantizar la continuidad de las comunicaciones tanto de voz como de imágenes y datos, caso en el que es muy crítica la pérdida de información.

Movilidad

En la nueva generación de sistemas de telefonía celular digital, se involucra tanto la movilidad personal como la movilidad del terminal. La movilidad personal se refiere a la posibilidad de que el usuario tenga acceso a los servicios en cualquier terminal (alámbrico o inalámbrico) sobre la base de un número único personal y a la capacidad de la red para proveer esos servicios de acuerdo con el perfil de servicio del usuario. Por otro lado, la movilidad del terminal es la capacidad de un terminal inalámbrico de tener acceso a servicios de telecomunicaciones desde diferentes sitios mientras está en movimiento, y también la capacidad de la red para identificar, localizar y seguir ese terminal.

Calidad.

Uno de los parámetros a tener en cuenta para establecer las diferencias entre un sistema u otro, se refiere a la medida de calidad del servicio prestado. Las consideraciones que un usuario debe tener en cuenta a la hora de suscribirse a un servicio de telefonía móvil tienen que ver con el precio y las características de operación del dispositivo portátil, la disponibilidad de una variedad de servicios, la duración de la batería, la cobertura geográfica y la posibilidad de disfrutar el servicio en áreas diferentes a la que está inscrito, así como una confiable calidad de transmisión de voz y datos. Por otra parte, la calidad es un factor de especial atención desde el punto de vista de los operadores, pues es conveniente lograr la rentabilidad de sus negocios paralelamente a la satisfacción de sus clientes, al dimensionar óptimamente las redes con la adecuada relación costo/beneficio, reducir los costos de operación y mantenimiento, utilizar eficientemente el espectro radioeléctrico, y disponer de mecanismos que permitan mejorar la operación del sistema de acuerdo con los nuevos avances tecnológicos que surjan.

Flexibilidad y compatibilidad.

Debido a la interacción con redes de diferente tipo que debe soportar una red con cubrimiento global (tales como Red Digital de Servicios Integrados, Redes Celulares Análogas, Red Telefónica Pública Conmutada, Redes de Datos, Redes Satelitales), ésta debe suministrar las interfaces adecuadas para la interoperabilidad, y poseer elevados niveles de gestión que permitan realizar cambios en su estructura inicial sin causar traumatismos en el funcionamiento

Costos de Infraestructura.

Los costos de infraestructura se reflejan principalmente en el precio entre las estaciones base, ya que el manejo de una tecnología u otra en las mismas, no son un factor diferenciador. Lo deseable es que el dimensionamiento de la red minimice el número de celdas, la cantidad de quipos en general y sus costos de operación y mantenimiento.

Bibliografía:

Luis Alfonso Rodriguez V. "Curso Práctico de electrónica digital" Tomo 3 Tecnología aplicada. 1ra edición. Buenos Aires, Argentina 1999

. IEEE Comunicaciones. "Serviciones de Comunicaciones Personales", Vol.

34 No. 3,9,12. 1996

Sistemas de Comunicación Personal y Tecnologías Digitales Inalámbricas – CINTEL. Santa Fe de Bogotá, septiembre de 1996

documentos en el WWW sobre el informe de investigación

www.teléfonos-moviles.com

HECHO POR

HERNAN LAMANUZZI