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. En 1968, la AT&T llevó su propuesta de un sistema celular a la Federal Communications Commission (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.
En la primera generación de telefonía móvil celular se adopto la técnica de acceso FDMA/FDD (Frequency Division Multiple
Access. / Frecuency Division Duplex), la cual utilizaba el Acceso Múltiple por División de Frecuencia y dos frecuencias portadoras distintas para establecer la comunicación TX y RX.
En Norteamérica a partir de 1981 comenzó a utilizarse el sistema AMPS (Advanced Mobile Phone Service), el cual ofrecía 666 canales divididos en 624 canales de voz y 42 canales de señalización de 30 Khz cada uno
Europa introduce en 1981 el sistema
Nordic Mobile Telephone System o 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 (Total
Access Communications System), el cual contaba con 1000 canales de 25 Khz cada uno y operaba en la banda de 900 MHz.
En esta década también aparecen otos sistemas de primera generación como el NTT, estándar japonés, el C-Netz estándar Alemán y French Radiocom. 2000 de
Francia entre otros.
Solo servicio de voz se podía prestar con las tecnologías de primera 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 para las comunicaciones móviles. En 1982, cuando aparecieron los primeros servicios celulares comerciales, la CEPT (
Conférence Européenne des Postes et Télécommunications) tomó la iniciativa de poner en marcha un
grupo de trabajo, llamado
Groupe Spécial Mobile (
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 World Administrative Radio Conference 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 Time Division Multiple
Access (TDMA) en 1987, 18 países firmaron en 1988 un acuerdo de intenciones (MOU:
Memorandum of understanding): 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 Global System for Mobile communications.
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 funcionar con los canales de habla analógicos ya existentes y con los nuevos digitales (
Dual Mode). 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 (Code Division Multiple
Access). El estándar CDMAOne o IS-95, fue una
tecnología desarrollada por Qualcomm y consiste en que todos usan la misma frecuencia al mismo
tiemposeparándose 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 (Wireless Access Protocol)
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 – Future Public Land Mobile Telecommunication System) Actualmente se le ha cambiado de nombre y se habla del Sistema de Telecomunicaciones Móviles Internacionales (IMT-2000, International Mobil Telecommunication-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
IMT International Mobil Telecomunications
IMT-2000 es una norma de la ITU para los sistemas de la 3a. generación que proporcionará acceso inalámbrico a la infraestructura de telecomunicaciones global por medio de los sistemas satelitales y terrestres, para dar servicio a usuarios fijos y móviles en
redes públicas y privadas en siglo XXI.
Objetivos de IMT2000
Los
objetivos primarios de ITU para IMT-2000 son:
- La eficacia operacional, particularmente para los datos y servicios de multimedia,
- Flexibilidad y transparencia en la provisión de servicio global,
- La tecnología conveniente para reducir la falta de telecomunicaciones, es decir ofrecer un costo accesible para millones de personas en el mundo que todavía no tienen teléfono.
- La incorporación de toda una variedad de sistemas.
- Alto grado de uniformidad de diseño a escala mundial.
- Alto nivel de calidad, comparable con la de una red fija.
- Utilización de una terminal de bolsillo a escala mundial.
- La conexión móvil-móvil y móvil-fijo.
- La prestación de servicios por más de una red en cualquier zona de cobertura.
REQUERIMIENTOS 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 técnicasde 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.
- 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 (Universal Mobile telecommucation System). UMTS
es miembro de
la familia global IMT-2000 del sistema de comunicaciones móviles de "tercera generación" de
UIT.
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 (Europa), TIPI (EUA), ARIB (
Japón) y TTA (Corea) trabajaron en propuestas separadas de la norma W-CDMA, estos entes regionales sumaron esfuerzos en el
Proyecto de Asociación 3G (3GPP), y hoy en día existe una norma conjunta W-CDMA.
La ITU recibió tres familias de propuestas PDD (WCDMA, cdma 2000 y UWC 136) y tres propuestas TDD (UTRA /TDD, TDD-SCDMA y DECT). Posteriormente se han coordinado esfuerzos para armonizar los candidatos IMT- 2000 y finalmente disponer de las normas comprimidas de 3era Generación.
Asignación del espectro para IMT-2000
La asignación de espectro para IMT-2000 se realizó en la
Conferencia Administrativa Mundial de Radiocomunicaciones 1992, WARC 92, asignando 230 MHz en las bandas 1885-2025 MHz y 2110-2200 MHz
IMT-2000 comprende también una componente satelital que facilitará los aspectos de roaming internacional, así como la obtención de comunicaciones en lugares donde no haya disponibilidad de sistemas terrestres, complementando las celdas Macro, micro y pico.
Debido al crecimiento de Internet, las Intranets, el correo y el
comercio electrónico y los servicios de transmisión de
imágenes y
sonido; han elevado la
demanda de servicios de
banda ancha, teniéndose que incrementar los requerimientos de espectro para IMT-2000.
La
Conferencia Mundial de Radiocomunicaciones WRC-2000 celebrada en Estambul en el año 2000, proporciona tres bandas extras quedando compuesto el espectro para IMT-2000 de la siguiente forma:
Componente terrenal:
806-960 MHz WRC 2000
1710-1885 MHz WRC 2000
1885-1980 MHz WARC 92
2010-2025 MHz WARC 92
2110-2200 MHz WARC 92
2500-2690 MHz WRC 2000
Componente Satelital:
1980-2010 MHz WARC 92
2170-2200 MHz WARC 92
2500-2520 MHz WRC 2000
2670-2690 MHz WRC 2000
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Interfases de
aire IMT-2000
Uno de los elementos mas importantes para la definición de las
características operativas del IMT-2000, es la selección de la Tecnología de Transmisión e Radio (RTT), también denominada interfase de
aire, parte del sistema que transporta una llamada entre la estación base o móvil y la terminación del usuario.
En 1998 la UIT denominó RTT (Radio Transmission Technology) a las tecnologías que harían de interfaz de aire entre las estaciones base y los terminales móviles. Las distintas interfaces propuestas ante la Unión Internacional de telecomunicaciones están basadas en CDMA que se acompañan de tres modalidades de operación, cada una de las cuales podría perfectamente funcionar sobre la red base de GSM (GSM-MAP) y sobre la red base CdmaOne (IS-41).
Las especificaciones
técnicas de las RTT terrestres fueron aprobadas en la WRC-2000 y se definieron como sigue:
- IMT-2000 CDMA Direct Spread (UTRA W-CDMA)
- IMT-2000 CDMA Multi-Carrier (CDMA-2000)
- IMT-2000 CDMA TDD (UTRA TD-CDMA)
- IMT-2000 TDMA Single-Carrier (UWC-136)
- IMT-2000 FDMA/TDMA (DECT).
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EVOLUCIÓN DE LOS SISTEMAS CELULARES A 3G
Los distintos entes involucrados en los sistemas 3G han propuesto, básicamente, dos sistemas de tercera generación: CDMA2000 Y UMTS.
En los siguientes
diagramas se
muestra la evolución de los sistemas celulares hacia la tercera generación.
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En la tabla siguiente se
muestra en el tiempo las fases de evolución hacia 3G.
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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 multiplexación por división de códigos de banda estrecha (CDMA) IS-95 estipula un espaciamiento de portadora de 1.25MHz para servicios de telefonía. La Telecomunications Industry Association "TIA" empezó a definir esta especificación en 1991.
En el siguiente esquema se muestra el camino evolutivo que tiene que seguir las redes CDMA para llegar a 3G.
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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.
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.
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, 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.
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.
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.
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.
Cdma2000 1XEV
Basado en el estándar 1X, el sistema 1XEV mejora la velocidad de
procesamiento de datos, obteniendo velocidades máximas de 2 Mbits/seg., 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.
En el siguiente gráfico podemos apreciar las diferentes fases de las redes cdma según su velocidad de datos y aplicaciones:
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Camino evolutivo de las redes GSM
El camino evolutivo de las redes GSM se va a realizar de la forma que indica el siguiente gráfico:
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High Speed Circuit-Switched Data (HSCSD)
Estandarizado por ETSI SMG2. Se trata de un servicio derivado de GSM que dedica múltiples ranuras de tiempo a un sólo usuario de 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
códigoconvolucional original de GSM.
Se pude usar dos configuraciones: simétrica o asimétrica (distinto número de ranuras en cada
dirección).
General Packet Radio System (GPRS)
Estandarizado por ETSI dentro de GSM phase2+ (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).
