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FASE I DEFINICIÓN 4 FASE I DEFINICIÓN 1. TEORIZACIÓN DE LAS VARIABLES 1.1 ANTECEDENTES Se presentan a continuación investigaciones realizadas con anterioridad que ofrecen aportes significativos para esta investigación. Una de ellas es la de Villalobos Hernández (2003), el cual realizó la tesis de nombre “Sistema GSM para el Servicio de Telefonía Básica en la ciudad de Maracaibo”, en la cual basó su estudio en la planificación de la red telefónica, brindándole a la población marabina otra alternativa en cuanto a servicio telefónico se refiere. Representa también un crecimiento a nivel operativo y económico para la empresa Infonet. La investigación es de tipo aplicada, descriptiva y documental. Utilizaron como instrumento de recolección de información la observación documental y la entrevista no estructurada. El proyecto se realizó sobre los criterios de diseño de red de la empresa Infonet y se estructuró en cinco fases en las cuales siguieron un orden para realizar la investigación. Al finalizar la investigación obtuvieron una propuesta de diseño del sistema GSM en la cual se presentó la descripción de su funcionamiento. Éste proyecto ofrece a la investigación información 5 teórica acerca de la telefonía fija y una visión general en cuanto al desarrollo de un diseño de una red de telefonía con la tecnología GSM. También se presenta la investigación de Bohórquez (2004), como antecedente a ésta investigación. El realizó una investigación titulada: “Plataforma de telefonía pública rural para la red GSM, basado en la tecnología de Tarjetas Inteligentes y Prepagadas”. El objetivo general de éste proyecto se enfatizó en el desarrollo de una plataforma de telefonía pública rural para la red GSM, en la tecnología de tarjetas inteligentes y prepagadas para la ciudad de Maracaibo. La investigación es de tipo aplicada, descriptiva y documental. El propósito del proyecto se basó en la integración de una plataforma de telefonía pública a la red GSM. El instrumento de recolección de información utilizado fue de observación documental y bibliográfica. La investigación finalizó con la propuesta de la integración de teléfonos públicos. Para la investigación, éste trabajo aporta gran información teórica en cuanto a una red GSM se refiere y se relaciona con el proyecto en cuanto a la integración de un servicio a una red GSM existente y en parte en cuanto al tipo de recolección de datos utilizado. Por último se tiene el proyecto de Yedra (Enero 2001), quien realizó la tesis titulada “Red GSM de telefonía básica para el estado Zulia” la cual basó su proyecto en el diseño de una red planteada para la empresa Infonet, con el objetivo de llevar a cabo todo un estudio sobre la arquitectura, el 6 dimensionamiento y el aspecto económico. El propósito de esta es brindarle a la población zuliana otra alternativa en cuanto a servicio telefónico se refiere. Dicho trabajo se centra según el tipo de investigación en la modalidad de factible, ya que el diseño de la misma fue de tipo campo. El instrumento estadístico de recolección de datos utilizado fue el cuestionario el cual proporcionó datos para el diseño de la red en cuanto a las necesidades y preferencias de la población zuliana. Ésta investigación, aporta información acerca de la red GSM existente, ya que se refiere específicamente al caso Infonet, quienes son los que poseen la red actualmente en la ciudad de Maracaibo. 1.2 BASES TEÓRICAS Es muy importante el manejo de todos los aspectos básicos que pueden sustentar el estudio de ésta investigación. Por ello se requiere la definición de las variables de estudio referentes al diseño de una red inalámbrica para el servicio de telefonía fija y una base teórica sustancial para el conocimiento profundo, una visión global y el alcance de una buena investigación. 1.2.1 SISTEMAS DE RADIO COMUNICACIONES INALÁMBRICAS Según Bates (2003), una de las tecnologías más interesantes de la industria actual probablemente sea el mundo de las comunicaciones inalámbricas. Esta afirmación no se basa en el último avance de las comunicaciones, sino en el más significativo. A menudo, todos escuchamos 7 cómo la evolución de la tecnología nos liberará de los tradicionales cables que proporcionan las comunicaciones actuales. Sin embargo, las comunicaciones inalámbricas han estado durante décadas a nuestro alrededor, en una variedad de usos y técnicas. Las nuevas aplicaciones ahora se inspiran en servicios triviales, lo que ha despertado el interés internacional en las aplicaciones, anchos de banda y aspectos legales de las comunicaciones inalámbricas. Hoy en día, toda la gente habla sobre el futuro del mundo inalámbrico y de las posibilidades para comunicarnos en general. Las comunicaciones inalámbricas no son nuevas. Desde los primeros días de la civilización, tuvieron diversas formas de comunicación sin la necesidad de una conexión física. En el entorno de la jungla tribal, los tambores eran el recurso primario para comunicarse. En el siglo XIX, se empleaban haces de luz para las comunicaciones en trayectos cortos, sobre todo en contextos militares. Se podían transmitir mensajes muy detallados, desde el transmisor al receptor, mediante una secuencia codificada (código Morse) de luces intermitentes. En la transmisión por radio, la voz humana primero debe convertirse en señal eléctrica. Esta señal es análoga a la composición de los cambios de presión del sonido producido por la voz humana; corresponde al período de las comunicaciones analógicas. El conocimiento de los principios radioeléctricos es crítico para poder comprender como funcionan las diversas técnicas de comunicaciones inalámbricas. 8 En los primeros sistemas de telecomunicación (especialmente en el ámbito de la telefonía), la propagación radioeléctrica formaba parte del desarrollo de la red. A medida que surgían sistemas nuevos, las modificaciones y mejoras permitían que las redes transportaran todo tipo de comunicación: voz, datos, telegrafía, imagen, fax y video. 1.2.2 RED GSM 1.2.2.1 DEFINICIÓN Se puede definir GSM como “El sistema Global de comunicación móvil (GSM) es un estándar aceptado globalmente para comunicación digital celular. GSM es el nombre del grupo de estandarización establecido en 1982 para crear un estándar europeo móvil que formule especificaciones para el sistema de radio móvil celular para el continente europeo operando en la banda de los 900 MHz. Se encuentra estimado que muchos países fuera de Europa se unirán al GSM.” (IEC: http://www.iec.org/online/tutorials/gsm) 1.2.2.2 REUTILIZACIÓN DE FRECUENCIAS La idea fundamental en que se basan los sistemas móviles celulares es en la reutilización de los canales mediante la división del terreno en celdas continuas que se iluminan desde una estación base con unos determinados canales. La reutilización de frecuencias no es posible en celdas contiguas, pero si en otras mas alejadas. El número de veces que un canal puede ser reutilizado es mayor en cuanto más pequeñas sean las celdas. 9 La red celular se compone así de un conjunto de estaciones base desplegadas por el territorio a cubrir por el servicio y que están conectadas entre si o con el centro de conmutación con acceso a la red telefónica pública, a la RDSI o a otra red móvil celular. Si por la movilidad del terminal, otra estación base recibe la señal procedente de la estación móvil con un nivel de potencia superior a tres decibles (3dB) al que esté recibiendo la estación que lo está controlando se produce la conmutación del canal y de la estación base a la que está conectada el terminal móvil. Este procedimiento se llama Handover de potencia. Así mismo existe un handover de calidad que se realiza de manera similar al anterior pero que en vez de considerarel nivel de señal para decidir sobre la conmutación de la estación base a la que está conectado un terminal móvil considera la calidad de la señal radio eléctrica. (Bohórquez, 2004) 1.2.2.3 SISTEMA DE CELDAS Según Frech (1993), el área a cubrir por un sistema de telefonía se divide en un número de áreas pequeñas (celda). Cada celda se equipa con su propia estación radio base. Las celdas se agrupan en claustros y el número de canales disponibles es distribuido en el grupo de celdas de manera que esta distribución se repite en toda la zona de obertura. Esta técnica permite la reutilización de los radiocanales. El número de celdas en un claustro tiene que ser determinado de manera que pueda repetirse de forma no interrumpida en el área de cobertura. 10 Solamente algunas configuraciones permiten que esto se presente. En cuanto menor es el número de celdas, mayor es el número de canales por celda y, en consecuencia, el tráfico es más alto. Si se utiliza un mayor número de canales por celda y el tamaño de la celda es menor, la distancia entre las celdas que utilizan los mismos canales en menor, con la consecuencia de que la interferencia entre claustros adyacentes aumenta. El tráfico de un área en particular puede ser aumentado si se reduce el tamaño de la celda, de manera que aumente el número total de radiocanales disponibles en el área. 1.2.2.4 ESTRUCTURA DEL GSM De acuerdo con Jáuregui (2002) y la IEC, la estructura de la red GSM puede dividirse en niveles jerárquicos como sigue: El sistema GSM está constituido por el área resultante de la unión de todas las zonas del mundo en las que se presta servicio GSM. En virtud de la itinerancia internacional, todo usuario GSM puede efectuar/recibir llamadas dentro de esta zona, con su número personal. La estructura del GSM se encuentra constituida por zonas que incluye: zona de celdas, zonas de localización, zona de servicios MSC/VLR y zonas de red pública móvil inalámbrica terrestre ofrecidas por un operador GSM (PLMN). A continuación se presenta una explicación de cada una de ellas: 11 Figura 1. Áreas de una Red GSM Fuente: (IEC: http://www.iec.org/online/tutorials/gsm/), (2005) Zona de Servicio de un Operador GSM, GPA (PLMN Service Area). Es el área geográfica en la que un operador determinado proporciona servicio a sus abonados. La GPA esta formada por un conjunto de centros de conmutación y estaciones de base para el acceso de los abonados y tiene vínculos de interconexión con redes fijas y móviles de otros operadores. Zona de Conmutación (MSC/VLR Service Area). Es la superficie controlada por un MSC (Mobile Switching Centers), es decir, el conjunto de zonas de cobertura de estaciones base conectadas al mismo MSC, el cual es tanto accesible como registrado en el VLR del MSC. Zona de Localización, LA (Location Area). Es el área dentro de la cual una estación móvil puede desplazarse libremente sin que se modifique su registro de localización. Comprende un grupo de estaciones base. 12 Zona de Celda o de Estación Base (Cell). Es el área cubierta por una estación base, dentro de la cual una estación móvil puede conectarse vía radio a esa base. La red GSM identifica cada celda a través de la identidad global de celda, el cual es un número asignado a cada celda. 1.2.2.5 ARQUITECTURA DEL SISTEMA GSM Según la IEC las especificaciones de GSM definen las funciones e interfaces requeridas en detalle pero no especifica el hardware. La razón de esto es para limitar a los diseñadores lo más posible pero permitiéndole a los operadores a comprar componentes de diferentes suplidores. La red GSM se divide en tres sistemas básicos: El sistema de conmutación y gestión (SS), el sistema de estación base (BSS), y el sistema de operación y mantenimiento (OSS). Figura 2. Elementos de una Red GSM 13 Fuente: IEC: http://www.iec.org/online/tutorials/gsm/ (2005) Sistema de Estación Base (BSS) De acuerdo con Jáuregui (2002), el BSS comprende el conjunto de equipos utilizados para proporcionar cobertura radioeléctrica en el área celular. Se divide en dos partes: las estaciones transceptoras de base BTS y los controladores de esas estaciones, BSC. Las BTS están constituidas por los equipos transmisores - receptores de radio, los elementos de conexión al sistema radiante, las antenas y las instalaciones accesorias. La mayoría de las funciones de control se realizan en el BSC. El BSC se encarga de la gestión de varias BTS en lo relativo a los recursos de radio: asignación, utilización y liberación de las frecuencias, traspasos y funcionamiento con saltos de frecuencias. El BSS desempeña las siguientes funciones: Transmisión y recepción radioeléctrica, a través de la interfaz UM; localización de las MS para su registro inicial o actualización; establecimiento, supervisión y conclusión de las llamadas; traspaso entre BTS controladas por el mismo BSS; procesado de voz y adaptación de velocidad. Controlador de Estación Base (BSC) Según la IEC, el BSC provee las funciones de control y enlaces físicos entre el MSC y el BTS. Es un switch de alta capacidad que realiza las funciones de handover, configuración de data de celda, y control de los niveles de potencia 14 de las frecuencias de radio (RF) en las estaciones base. Un número de BSCs son prestados servicios por un MSC. Estación Base (BTS) El BTS maneja la interfaz de radio a la estación móvil. El BTS es el equipo de radio (transceptores y antenas) que se utiliza para proveer servicio a cada celda. Un grupo de BTSs son controlados por un BSC. Sistema de Conmutación y Gestión (SS) Para Jáuregui (2002), el subsistema de conmutación y gestión tiene a su cargo todas las funciones requeridas para manejar los protocolos de señalización necesarios para el establecimiento, mantenimiento y liberación de las llamadas, con la componente específica de la movilidad. Está formado por el MSC, HLR, VLR, AUC, EIR y el OMC, explicados mas adelante. Las funciones básicas del SS, son: Localización y registro con autentificación de los abonados; encaminamiento de las llamadas; gestión de los recursos radio durante las llamadas; tratamiento de los aspectos de las llamadas relacionados con la movilidad de los usuarios; intercambio de señalización entre entidades funcionales de la red GSM y con redes externas. Centro de Conmutación de Móviles (MSC) 15 En este mismo orden de ideas para la IEC, el MSC realiza las funciones de conmutación telefónicas del sistema. Controla las llamadas desde y hacia otro teléfono y sistema de datos. También realiza la funciones de facturación, interfaz entre red y de señalización de canales. Registro General de Abonados (HLR) El HLR es principalmente una base de datos utilizada para el almacenamiento y manejo de suscripciones. El HLR es considerado la base de datos más importante, ya que almacena datos permanentemente sobre los suscriptores, incluyendo el perfil de servicio del suscriptor, información de localización, y estado de actividad. Cuando un individuo compra una suscripción de un operador, es registrado en el HLR de ese operador. Registro de Visitantes (VLR) El VLR es una base de datos que contiene información temporal sobre suscriptores necesitada por el MSC para proveer servicios a suscriptores visitantes. El VLR se encuentra siempre integrado al MSC. Cuando la estación móvil viaja a un área nueva de MSC, el VLR conectado a ese MSC solicitará datos acerca de la estación móvil al HLR. Luego, si la estación móvil realiza una llamada, el registro de visitantes tendrá la información necesaria para iniciarla sin interrogar siempre al HLR. Centro de Autentificación (AUC) 16 La unidad llamada AUC provee autentificación y parámetros de encriptación para verificar la identidad del usuario y asegurar la confidencialidadde cada llamada. El Centro de Autentificación protege a operadores de red de diferentes tipos de fraude. Registro de Identidad de Equipos (EIR) El EIR es una base de datos que contiene información sobre la identidad del equipo móvil que previene que la realización de llamadas de estaciones móviles robadas, no autorizadas o defectuosas. El AUC y el EIR son implementados como nodos independientes o como nodos AUC/EIR combinados. Sistema de Operación y Mantenimiento (OMC) El Sistema de Operación y mantenimiento (OMC) es conectado a todo el equipo del sistema de conmutación y al BSC. La implementación del OMC es llamada operación y soporte del sistema (OSS). El OSS es la entidad funcional de donde el operador de red monitorea y controla el sistema. El propósito del OSS es ofrecer al cliente una ayuda rentable para actividades de operación y mantenimiento requeridas por la red GSM central, regional o localmente. Una importante función del OSS es proporcionar una visión general de la red y el soporte del mantenimiento de diferentes actividades de operación y del mantenimiento de organizaciones. 1.2.2.6 INTERFAZ DEL SISTEMA 17 Interfaz de Radio (Interface UM) Según Ericsson: http://www.ericsson.com/support/telecom/part-d/d-7- 2.shtml (2005), la interfaz de aire es llamada interfaz UM en el estándar GSM. En esta interfaz, el protocolo de enlace de acceso en el canal-Dm, LAPDm, es utilizado de acuerdo al estándar GSM: 04.06 Interfaz entre SMS y BSS (Interface A) La interfaz física entre el MSC y el BSC es llamada interfaz A. Dos variantes MTP/SCCP son utilizadas como señales de portadora. Las señales relacionadas con una conexión específica son llevadas a través de un servicio de conexión orientada SCCP, mientras que otras señales son llevadas por un servicio sin conexión. Además, toda señalización que utiliza SCCP es marcado por un parámetro de discriminación que decide si la señal debe ser retransmitida o que termine en el BSC. Esta función es parte del estándar de la aplicación de la estación base (BSSAP). El BSSAP también define el protocolo de señalización entre el MSC y el BSC. Interfaz entre BSC y BTS (Interface Abis) La interfaz física entre el BSC y las estaciones base (BTSs) es la interfaz Abis. Enlaces LAPD de acuerdo con el estándar GSM: 08.56 son utilizados para la señalización. Diferentes direcciones LAPD son utilizadas para señales que terminan en la BTS y las que pasan por la interfaz UM. 18 1.2.2.7 INTERFAZ DE AIRE Y DE LÍNEA De acuerdo con Bates (2003), la unión Europea Internacional de Telecomunicaciones (ITU) asignó el espectro de radiofrecuencias en la banda de 890 MHz a 915 MHz para el enlace ascendente y en la banda de 935 MHz a 960 MHz para el enlace descendente. El enlace ascendente corresponde al sentido de la comunicación desde la unidad móvil a la estación base, mientras que el enlace descendente al sentido desde la estación base a la unidad móvil. Puesto que las redes analógicas iniciales ya utilizaban estas mismas frecuencias, la Conferencia Europea de Administraciones Postales y de Telecomunicaciones (CEPT) reservó 10 MHz del extremo superior de cada banda para la red GSM, que por aquel entonces todavía estaba en desarrollo. Esto significa que las redes GSM operan con la capacidad de 905 MHz a 915 MHz del enlace ascendente y con la capacidad de 950 MHz a 960 MHz del enlace descendente. En poco tiempo las redes analógicas desaparecerán totalmente y los 25 MHz completos de cada banda de adjudicarán a las redes GSM. 1.2.2.8 MÉTODOS DE ACCESO AL MEDIO Todos los estándares digitales definen algún método de acceso múltiple para compartir las frecuencias. Esta idea evolucionó principalmente de tres formas. Los conceptos de FDM, TDM y CDM evolucionaron para manejar la multiplexión de los diferentes tipos de sistemas existentes. El examen de los distintos modos de multiplexar y de proporcionar un funcionamiento totalmente 19 dúplex requiere sistemas que operen dentro de las mismas directivas. Estos métodos de acceso al medio son los siguientes: FDMA El acceso FDMA (Frequency Division Multiple Access) es una técnica analógica empleada por los primeros proveedores de servicios celulares para aislar cada canal y cada conversación establecidos en una frecuencia. Mientras que el usuario celular se prepara para efectuar o recibir una llamada, se explora y se selecciona un par de frecuencias para todo el tiempo que dure la llamada. El espectro se subdivide en canales individuales de 30 KHz. El canal no es fijo para un usuario concreto; el acceso múltiple significa que los usuarios compiten por el canal, basándose en que el primero que llega es el primero que lo obtiene y se le concede el canal completo durante toda la llamada. Una vez que el canal queda libre, queda disponible para otro usuario. Cada canal de asigna a una pareja de frecuencias. TDMA El método TDMA (Time Division Multiple Access) es diferente en cuanto que las transmisiones se organizan en tramas de cierta duración. Las tramas se dividen en determinados intervalos de tiempo. Cada llamada se asigna a un intervalo determinado y solo se le permite ocupar el canal en ese único momento. Como existen varios intervalos de tiempo disponibles por cada 20 frecuencia, se crean intervalos de forma que algunos usuarios puedan ocupar simultáneamente la misma frecuencia pero en un diferente intervalo de tiempo. Los sistemas DAMPS y GSM emplean el acceso TDMA, pero han adoptado formatos diferentes para os intervalos de tiempo. GSM utiliza TDMA para multiplexar los intervalos de tiempo para voz y control en los mismos canales. En sistemas pequeños, se utiliza un único intervalo para establecer una llamada. CDMA La técnica de mutiacceso CDMA (Code Division Multiple Access) utiliza la modulación de espectro ensanchado por secuencia directa, tecnología desarrollada por Qualcomm e Inter Digital Corporation para modular la información de voz. La voz se codifica a 8 Kbps o 13 Kbps y se ensancha a través de una capacidad de canal muy grande. Este ensanchamiento de señal hará que la señal transmitida se incremente aproximadamente en 1.28 Mbps a su salida. 1.2.2.9 TRAMA DE TDMA El sistema GSM, utiliza una combinación de TDMA en la interfaz de aire y de FDMA. En la banda de 25 MHz que se adjudica a GSM, FDMA se utiliza para dividir ese espectro de 25 MHz en un total de 124 frecuencias portadoras espaciadas por una separación de canales de 200 KHz. Una o más de estas frecuencias portadoras se subdivide en divisiones de tiempo utilizando TDMA. El 21 elemento básico de TDMA es la ráfaga (Burst) de datos que dura un período de ráfaga de 0.577 ms. Ocho períodos de ráfagas se agrupan en una trama. La trama TDMA dura aproximadamente 4.615 ms. Esta trama forma la base de una canal lógico. Un canal físico en una trama TDMA es un período de ráfaga. El número y la posición correspondiente de su período de ráfaga definen los canales. Todas las definiciones operan en un ciclo de patrones que se repite cada 3 horas. 22 Figura 3. Distribución de multitramas y tramas TDMA Fuente: Bates (2003) 1.2.2.10 ESTRUCTURA DE DATOS Canales de Tráfico 23 Un canal de tráfico (TCH) transporta tráfico de voz o datos. Los canales de tráfico se definen mediante grupos de 26 tramas TDMA denominados multitramas. Una multitrama se divide en las siguientes partes: è 24 tramas que transportan tráfico. è Una trama que transporta un canal lento de control asociado (SACCH). è Una trama que no se utiliza. Los canales de tráfico se separan entre el enlace ascendente y descendente por tres períodos de ráfagas, así el móvil no tiene que enviar y recibir simultáneamente. Canales de Control Muchos de los aspectos de GSM utilizan los canales de control común para el modo inactivoo libre (idle) o para los canales móviles dedicados. Los sistemas inactivos o desocupados utilizan estos canales comunes para intercambiar información de señalización entre la estación base y el móvil con el propósito de cambiar de modo libre a modo dedicado. Un canal dedicado se asigna a un móvil determinado mientras está enganchado a la conversación; aunque, se utiliza el modo inactivo cuando el móvil no se encuentra en conversación. Los móviles que están en un modo dedicado supervisan todas las estaciones base cercanas para la información del traspaso y otras de control. Para separar los canales comunes y los dedicados, los canales comunes se definen en una multitrama de 51 tramas. De esta manera, un móvil dedicado puede utilizar la multitrama de 26 tramas para el habla y el tráfico y aún se 24 pueden escuchar los canales de supervisión. Se definen varios canales comunes: Canal de Control de Difusión (BCCH, Broadcast Control Channel): Difunde constantemente información respecto a las frecuencias, los patrones de os saltos de frecuencia y otra información del enlace descendente. Canal de Control de Frecuencias y Sincronización: Patrón de sincronización del tiempo utilizado para alinear los intervalos de tiempo de las celdas. Las celdas utilizan un canal de cada uno de esos canales destinado al intervalo número 0 del canal dentro de la trama TDMA. Canal de Acceso Aleatorio (RACH, Random Access Channel): Canal basado en el protocolo ALOHA rasurado utilizado por la unidad móvil para pedir acceso a la red. Canal de Radiobúsqueda (PCH, Paging Channel): Se utiliza para avisar a la unidad móvil sobre una petición de llamada entrante. Canal de Acceso Concedido (AGCH, Access Grant Channel): Se utiliza para designar a inmóvil un canal de control dedicado autónomo para señalización, normalmente para atender a una petición de acceso a la red. 25 Figura 4. Canales de Control Fuente: http://www.auladatos.movistar.com/Aula-de-Datos/Tutoriales-y - Documentacion/Introduccion-a-las-comunicaciones -moviles/6--Telefonia-Movil-Digital--la-red- GSM/ (2004) 1.2.2.11 TIPO DE BURST Para Jáuregui (2002), un Time Slot (TS) o en español Ranura de Tiempo, está dividido en 156.25 periodos de bit. Un bit concreto dentro del TS se 26 referencia a través de un número de bit, BN (Bit Number), numerándose éstos desde el 0 hasta el 156. Como un TS dura 0.577 ms, la velocidad de transmisión en la interfaz radio será de 270.833 kbits/s. Una característica de las ráfagas es su duración útil. Hay cuatro tipos de ráfagas completas de 147 bits de duración útil: ráfagas de corrección de frecuencia, FB (Frequency correction Burst); ráfagas de sincronización, SB (Synchronization Burst) y ráfaga normal, NB (Normal Burst); y una ráfaga corta de acceso, AB (Access Burst) de 87 bits de duración útil. Las ráfagas están constituidas por un núcleo formado por bits de información y la secuencia de entrenamiento, rodeado de bits de cola. El período comprendido entre dos ráfagas que aparecen en TS consecutivos de una trama se denomina período de guarda. Este período es necesario ya que el móvil no es capaz de incrementar y disminuir su potencia de salida de forma instantánea. Ráfagas de Acceso Son las ráfagas empleadas por el móvil para acceder a una estación base cuando demanda un canal de la misma. En consecuencia, se transmiten únicamente en el enlace ascendente, UL. La secuencia de entrenamiento y la secuencia de cola inicial son más largas que en una ráfaga normal, para aumentar la probabilidad de éxito de la demodulación. 27 La estación base utiliza el momento de recepción de la ráfaga de acceso para determinar la distancia a que se encuentra el móvil cuando intenta acceder a ella. A continuación la figura 5 representa la estructura de las ráfagas de acceso. TBext (8) SYN (41) Información (36) TB (3) GPext (68,25) Figura 5. Ráfagas de Acceso Fuente: Jáuregui (2002) BN: 0 - 7 Bits de cola extendidos (8) 8 - 48 Secuencia de sincronización (41) 49 - 84 Bits de información cifrados (36) 85 - 87 Bits de cola (3) 88 - 156,25 Bits del período de guarda extendido (68,25) Ráfagas de Corrección de Frecuencia Estas ráfagas únicamente se utilizan en el enlace descendente, DL. A través de estas ráfagas el móvil realiza un ajuste de la frecuencia de sintonía. Es la ráfaga más simple de todas. Sus 148 bits toman el valor “0”. Ráfagas de Sincronización 28 Estas ráfagas, utilizadas únicamente en el enlace descendente, tienen por finalidad posibilitar la sincronización del reloj de la estación móvil con el de la estación base y determinar la situación dentro de la trama temporal. De esta forma puede iniciarse el proceso de demodulación de la información transmitida en el enlace descendente. Por ello, la duración de la secuencia de entrenamiento es mayor que en las ráfagas normales. La secuencia de entrenamiento empleada en este tipo de ráfagas es única, ya que de otro modo el móvil no sería capaz de conocer a priori cuál es la que se está utilizando. La estructura de estas ráfagas se muestra en la figura 6. TB 3 Información (39) Training sequence (64) Información (39) TB 3 GP (8,25) Figura 6. Ráfaga de Sincronización Fuente: Jáuregui (2002) BN: 0 - 2 Bits de cola (3) 3 - 41 Bits de información cifrados (39) 42 - 105 Secuencia de entrenamiento extendida (64) 106 - 144 Bits de información cifrados (39) 145 - 147 Bits de cola (3) 148 - 156,25 Período de guarda (8,25) Ráfagas de Relleno 29 Las ráfagas de relleno son las que se radian cuando no hay información que transmitir. Constituyen la señal “piloto” que los móviles necesitan estar recibiendo constantemente para poder hacer medidas de potencia. El formato de esta ráfaga de relleno se muestra en la figura 7. TB (3) Mixed bits (142) TB (3) GP (8,25) Figura 7. Ráfagas de relleno Fuente: Jáuregui (2002) BN: 0 - 2 Bits de cola (3) 3 - 144 Bits mezclados (142) 145 - 147 Bits de cola (3) 148 - 156,25 Período de guarda (8,25) Ráfagas Normales Estas ráfagas se utilizan tanto en el UL como en el DL. Llevan información de tráfico o canales de control. Su estructura básica es la siguiente: unos bits que componen la secuencia de entrenamiento del ecualizador situados en el centro de la ráfaga, dos campos de bits de información situados a sendos lados de la secuencia de entrenamiento y los bits de cola. En las ráfagas normales se presentan ocho posibles secuencias de entrenamiento las cuales están identificadas a través del código de la secuencia 30 de entrenamiento, TSC (Training Sequence Code). El que haya más de una hace posible disponer de una cierta protección frente a interferencias. La estructura de las ráfagas normales es la siguiente (figura 8): TB 3 Información (58) Training sequence (26) Información (58) TB 3 GP (8,25) Figura 8. Ráfagas Normales Fuente: Jáuregui (2002) BN: 0 - 2 Bits de cola (3) 3 - 60 Bits de información cifrados (38) 61 - 86 Secuencia de entrenamiento extendida (26) 87 - 144 Bits de información cifrados (58) 145 - 147 Bits de cola (3) 148 - 156,25 Período de guarda (8,25) 1.2.2.12 ENLACE DE VOZ Según Bates (2003), al codificarse la voz, se tiene un sistema de transmisión digital, así pues, la voz analógica se digitaliza antes de la transmisión. Las arquitecturas de los sistemas de telefonía fija utilizan técnicas estándares de Modulación por impulsos codificados (PCM) para la codificación digital de una señal de voz a una velocidad de transmisión de datos de 64 Kbps. Sin embargo, a través de señales radioeléctricas es demasiado difícil lograr los 64 Kbps. 31 Una técnica de compresión y codificación del habla que utiliza una forma de codificación lineal predicativa(LPC) produce un patrón de voz de 13 Kbps. En la realidad la voz se divide en muestras de unos 20 ms, codificadas con 260 bits cada una de las muestras, lo que produce voz a 13 Kbps. 1.2.2.13 CODIFICACIÓN DE CANAL De acuerdo con (Bohórquez, 2004), el hecho de que el EM este en movimiento y por las irregularidades del terreno , se producen variaciones y desvanecimientos en las señales recibidas por el móvil. Estas variaciones producen errores en las transmisiones digitales. En el entorno rural cuando estos desvanecimientos son muy grandes, desciende demasiado el nivel de la señal y en el entorno urbano el nivel de interferencia con el canal puede superar el límite tolerado. Para proteger la transmisión contra este tipo de errores, el sistema GSM utiliza un FEC (Foward Error Correction) que consiste en la adición de bits redundantes de paridad a los datos transmitidos, siendo capaz el sistema de detectar que ha habido un error y corregirlo. También utiliza codificación convolucional. La codificación de voz subdivide los bits de enlace en dos clases, aplicándosele a cada una de ellas una codificación de canal diferente. El resultado de ello es una señal digital con una velocidad de 22.8 Kbps. Por tanto el bloque primigenio del codificador de voz de duración 260 bits se transforma a la salida del codificador del canal en uno de 456 bits. 1.2.2.14 INTERLEAVING 32 Los desvanecimientos que se han mencionado, generan errores en los sistemas móviles, evolucionan a una velocidad que 270 Kbps y por tanto los errores tienden a suceder en ráfagas. Los errores en el canal se distribuyen en periodos con una alta tasa de error seguidos de intervalos muy largos con tasas de error bajas. Para que el código corrector de errores pueda trabajar adecuadamente, los errores deben estar distribuidos más o menos de manera uniforme en el tiempo por lo que la reordenación y el interlineado son las vías en que esto es conseguido por el sistema GSM. Los bloques de 456 bits codificados son reordenados e interlineados sobre 8 grupos multiplexados en el tiempo, bien sobre los 4 pares, bien sobre los 4 empares. Cada bloque de 456 bits se divide en 8 partes (57 bits) que son entre mezclados con los del bloque precedente o con los del posterior. A estos nuevo grupos de 114 (57+57) bits se le añaden unos bits (1+1) que indican si los bits del enlace de voz de las partes pares o impares han sido sustituidos por datos de FACCH. Estos nuevos grupos de 116 (58+58) bits son los que forman los burst que se transmiten. 1.2.2.15 SEGURIDAD De acuerdo con la empresa Telefónica, la transmisión vía radio es, por naturaleza, más susceptible de ser vulnerada que la transmisión por línea. El GSM ha incorporado serias mejoras a la seguridad de la interfaz radio. Las funciones de seguridad implementadas en el sistema GSM cumplen dos objetivos fundamentales: evitar el acceso no autorizado a la red y proteger el 33 carácter privado de las comunicaciones. Las funcionalidades del sistema que permiten conseguir estos objetivos. Autentificación El primer método de autenticación que se implementa en GSM es el código PIN necesario para tener acceso a la tarjeta SIM. No obstante, el nivel de protección ofrecido por este sistema no es lo suficientemente seguro. Pero, además, el sistema de GSM utiliza un método mucho más sofisticado de autentificación en la red, basado en la señalización que se produce entre esta última (el código PIN) y la tarjeta SIM del usuario del teléfono. El método se basa en una secuencia aleatoria de números, denominada RAND en las especificaciones; una clave de seguridad, denominada ki que se encuentra grabada en la tarjeta SIM del cliente y en el centro de autenticación de la red, de forma que nadie tiene, en principio, acceso a esta clave y es única para cada cliente; y, en un algoritmo, denominado A3 en las especificaciones, y que calcula una supuesta respuesta a partir la secuencia de números aleatorios RAND y de la clave de seguridad ki. La red envía el RAND por el interfaz aire hacia el móvil. Tanto red como estación móvil calculan, basados en el RAND y el los mismos algoritmo A3 y clave Ki una secuencia de respuesta SRES que el móvil devuelve a la red. Si lo que recibe la red desde el móvil coincide con lo que la propia red ha calculado, 34 se permite el acceso del cliente a la red. El cálculo del algoritmo A3, gracias a telefónica se observa en la siguiente figura: Figura 9. Cálculo de A3 Fuente: http://www.auladatos.movistar.com/Aula-de-Datos/Tutoriales -y - Documentacion/Introduccion-a-las-comunicaciones -moviles/6--Telefonia-Movil-Digital--la-red- GSM/ (2004) Encriptación El proceso de encriptado se utiliza para evitar que las comunicaciones puedan ser interceptadas en el trayecto de radio. Para ello, antes de radiar la información, el sistema somete dichos datos a un proceso de encriptación mediante un algoritmo, denominado A5, y otra clave distinta de Ki a la que se denomina Kc. La obtención de la clave Kc está ligado a la clave Ki y a un tercer algoritmo de cálculo denominado A8. Tanto la red como el móvil llegarán al 35 mismo cálculo Kc para el cifrado y descifrado de las comunicaciones entre ellos. El proceso del cálculo del valor de Kc se muestra en la figura siguiente: Figura 10. Cálculo de Kc Fuente: http://www.auladatos.movistar.com/Aula-de-Datos/Tutoriales-y - Documentacion/Introduccion-a-las-comunicaciones -moviles/6--Telefonia-Movil-Digital--la-red- GSM/ (2004) Protección al Usuario Para evitar que la identidad del usuario, que es lo que va a permitir el acceso a la red, viaje por el aire, siendo susceptible de ser capturado, la red GSM ha implementado un método de asignación de identidades de usuario temporales, (TMSI, Temporary Mobile Subscriber Identity), ligadas no sólo al usuario sino también al área de localización de éste. 1.2.2.16 MODULACIÓN 36 Para Jáuregui (2002), los sistemas de modulación empleados en comunicaciones móviles dependen de la técnica de acceso empleada. Para los sistemas GSM con multiacceso TDMA, los métodos de modulación deben cumplir las siguientes características: è Elevada eficiencia espectral (cociente entre velocidad de bits y anchura de banda ocupada). è Escasa radiación en canales adyacentes. è Continuidad de fase, para minimizar la radiación fuera de banda. è Buena característica de error en cuanto a la relación portadora/ruido (C/N) y portadora/interferencia (C/I), lo que influye sobre la reutilización de frecuencias. è Sencillez en las realizaciones físicas de los módulos moduladores - demoduladores, que permita minimizar el tamaño de los mismos, para conseguir un adecuado tamaño y peso de los equipos. Para el sistema GSM, se opto por la modulación angular basada en la FSK. Se eligió una variante de modulación MSK, que es un caso particular de la FSK en el cual el índice de modulación es 0.5. Se procedió así por la facilidad de generación de la señal modulada, ya que la MSK tiene envolvente constante y puede obtenerse mediante modulación de fase. Sin embargo, la MSK produce una señal modulada con bastante energía en los canales adyacentes, que se reduce sometiendo la señal digital moduladora a un filtro previo, con un filtro Gaussiano. 37 Al sistema de modulación resultante se le llama GMSK (Gaussian Minimun Shift Keying) y es el utilizado en GSM. El prefiltrado aminora, la radiación en los canales adyacentes, pero a costa de cierta interferencia entre símbolos y una disminución del nivel de la señal, lo cual debe compensarse en la recepción. 1.2.2.17 PROPIEDADES DEL SISTEMA Registro Continuando con Telefónica como lo indica en su página de Aula de Datos. Si una estación móvil desea obtener servicio desde una célula y, en particular, recibir llamadas en ésta, debecerciorarse de que su usuario (representado por la SIM) se registra en el área de localización de dicha célula. El estado de registro del usuario, excepto en casos de fallos en la red o tras un largo tiempo de inactividad, sólo puede modificarse a iniciativa de la estación móvil. El resultado del último intento de registro se almacena en la SIM, así como la identidad del área de localización. Cuando el teléfono se desplaza a un lugar mejor cubierto por una célula perteneciente a otra área de localización, o cuando el teléfono intenta obtener servicio en otra red, la estación móvil debe intentar registrar al usuario en esta nueva zona. La información de registro se almacena en dos lugares diferentes de la infraestructura GSM: en el HLR y en la MSC/VLR visitados. De hecho, la misma información está disponible en tres lugares diferentes del sistema, siendo la SIM 38 el tercer lugar. Esta información puede cambiar y se necesita una serie de procedimientos para guardar coherencia entre las tres entidades. La razón fundamental para cambiar es cuando la estación móvil decide que el área de localización que mejor le sirve debe cambiar. Entonces, la estación móvil notifica a la MSC/VLR a la que pertenece la nueva célula. Esta MSC/VLR puede ser la misma que la de antes, si controla ambas áreas de localización, o una nueva. En el último caso, cambio de MSC/VLR, la nueva MSC/VLR notifica al HLR el cual, a su vez, notifica a la MSC/VLR anterior. Además de los registros debidos a cambios de área de localización, se define un registro periódico de manera que la estación móvil pueda notificar su presencia en la red a intervalos de tiempo determinados. Este registro periódico es un parámetro que determina el operador, pudiendo eliminarlo, si es su deseo. Handover Existen tres motivos por los que se puede producir un handover: El primero es la necesidad de que la conversación se lleve a través de otra celda dado que, por el movimiento del móvil, es necesario para poder continuar dicha comunicación. El segundo caso viene referido a la necesidad de mejorar substancialmente el comportamiento de la red, disminuyendo el nivel de interferencia, al proporcionar al móvil acceso a una celda a través de la cual la comunicación se puede producir con menor nivel de señal, sin que implique perdida de cobertura de la primera celda; y, por último, aunque más complejo, aquel handover que se produce para mejorar las condiciones de tráfico de una 39 celda permitiendo el handover de móviles en servicio bajo esta celda hacia celdas vecinas. En cualquier caso que se requiera un handover, la decisión corresponde a la BSC que controla en estos momentos la llamada. En función de la celda destino, el handover puede ser: è Intracelular, cuando sólo se hace un cambio de frecuencia dentro de la misma celda. è Intra-BSC, cuando las celdas origen y destino del handover los controla el mismo BSC. è Inter-BSS, intra -MSC, cuando además de cambiar de celda, también se cambia de BSC, siempre con el control de una misma MSC. è Inter-MSC, cuando las celda origen y destino dependen de MSCs diferentes. 40 Figura 11. Tipos de Handover en función de la celda destino Fuente: http://www.auladatos.movistar.com/Aula-de-Datos/Tutoriales -y - Documentacion/Introduccion-a-las-comunicaciones -moviles/6--Telefonia-Movil-Digital--la-red- GSM/ (2004) 1.2.3 TELEFONÍA BÁSICA 1.2.3.1 DEFINICIÓN Según Jáuregui (2002), una red telefónica básica PSTN (Public Switched Telephone Network) está constituida por medios de transmisión, conmutación y señalización. 41 Puede dividirse en tres subredes según un orden jerárquico, en: Red troncal o de tránsito, Red de acceso y Red local Cada una de estas redes tiene sus propias característi cas de transmisión y señalización. En la red local están los circuitos de abonado formados por el circuito doméstico (CD) entre el aparato telefónico y el punto de terminación de la red (PTR), que establece la frontera con la PSTN. La conexión entre el PTR y la central local (CL) se denomina bucle de abonado (BA). En el BA la transmisión es monocanal, en banda de base. El conjunto de centrales locales, con sus medios de transmisión constituye la llamada red de acceso. En las CL el tráfico es entrante y/o saliente (desde y/o hacia los abonados). La jerarquía superior la forma la red de tránsito con sus centros de conmutación (CC) y medios de transmisión (MT) de gran capacidad. El tráfico en los CC es de tránsito hacia y/o desde CL u otros CC. Junto a la información de usuario transmitida por esta infraestructura, se cursa otra denominada genéricamente “señalización”, la cual ha sido diseñada para optimizar el funcionamiento de la infraestructura de la red. La señalización en las redes de tránsito y acceso es variada y compleja y utiliza una red propia, llamada red de señalización (SIG). 1.2.3.2 INTERCONEXIÓN DE TERMINALES 42 Según (Villalobos, 2003), la aplicación del modelo general de conmutación constituido por emisor, canal, código y receptor, la conexión de dos terminales entre si, se realiza mediante una línea calificada como canal. En la figura 12, se muestran dos terminales unidos entre si. A esta forma de conexión se le llama punto-punto. Como en las Telecomunicaciones casi siempre es simultanea en ambos sentidos o full-duplex, cada uno de los equipos debe poseer una vía de entrada y otra de salida que le permite conectarse al medio. Figura 12. Conexión punto a punto. Fuente: Autor 2005. Para realizar la conexión de tres terminales, son necesarias tres líneas, que aporten dos vías de entrada y dos de salida en cada terminal Figura 13. A diferencia del modelo anterior, la dificultad y el gasto económico de esta conexión, ha aumentado. Hay mas líneas y los equipos son más complejos ya que dispone de más vías de entrada y de salida, actualmente. 43 Figura 13. Conexión de tres terminales. Fuente: Autor 2005. Ahora bien, en el caso que existan cinco teléfonos que se requieran interconectar es necesario dedicar diez líneas, y por ende cada terminal deberá tener cuatro vías de entrada y cuatro vías de salida Figura 14. La complejidad y el gasto económico de este montaje, de nuevo incrementa. Pero se manifiesta conectividad total, que no es otra cosa que poseer todos los terminales unidos, todos con todos. Figura 14. Conexión de cinco terminales. Fuente: Autor 2005. Si el número de terminales siguiera creciendo y se requieran interconectar, la complejidad del montaje y su alto gasto económico, obligaría a 44 indagar acerca de nuevas formas de interconexión. Este nuevo género de conexión es lo que se denomina Red de Telefonía. La red más simple construida es entonces un conjunto de terminales conectadas a un punto. Este punto se denomina nodo. Su función es establecer un único camino ente cada par de terminales que deseen establecer una comunicación. Como se puede apreciar en la Figura 15, la complejidad de este montaje es menor que el anterior. Hay menos líneas y los equipos solo tienen una vía de entrada y otra de salida. El nodo se encargara de hacer las conexiones pertinentes y conectar los distintos terminales que deseen mantener una comunicación. A esta función se le llama Conmutación. Figura 15. Red Nodal. Fuente: Autor 2005. El gasto económico de este montaje, aun con la existencia del nodo, es menor que la solución de línea dedicada. Además en la practica, se comunican entre si muchos terminales alejados geográficamente Figura 16, por lo cual la solución de la Red de Telefonía, resulta altamente recomendable. 45 Esta red proporciona las vías de comunicación necesarias para establecer las interconexiones y para ello dispone de un conjunto organizado de recursos que se comparten entre todos los usuarios. Lared solamente establece las conexiones que se le solicitan, a diferencia de las líneas dedicadas, en que las conexiones son permanentes aunque los abonados no se comuniquen. Figura 16. Conmutación de Nodos. Fuente: Autor 2005. El acceso de la señal a la red, su encaminamiento y transmisión por esta debe atenerse a una organización o disciplina. Tales normas de funcionamiento se denominan Protocolos. Los protocolos se realizan mediante señales especiales que no son de información propiamente dicha, pero que resultan esenciales para la telecomunicación. Al conjunto de estas señales se les denomina señalización. 1.2.3.3 RED TELEFÓNICA CONMUTADA 46 La red telefónica conmutada es el régimen que permite reducir el gasto económico necesario para efectuar una comunicación entre dos terminales de abonados, ya que los medios y equipos de transmisión están compartidos. La finalidad de la res es el transporte de la información desde un origen a un destino. Esta red se le designa conmutada, cuando tiene la disposición de proporcionar un camino entre un terminal origen y un terminal destino seleccionado por el primero, efectuando las conmutaciones o cambios de camino necesarios en las centrales. El proceso de conmutación esta supervisado por la propia red ya que la comunicación entre terminales de abonado y centrales involucradas se realiza mediante señales especiales. Transmisión, Conmutación y Señalización Según Freeman (1995) define la Señalización como el proceso mediante el cual, las centrales telefónicas consignan una señal interrumpida a un abonado (origen), quien será el autor de la llamada a realizarse. Este conjunto de impulsos sonoros son denominados Tonos de marcar o de Invitación a discar, los cuales se hacen efectivos cuando el abonado origen descuelga su auricular, es en ese momento cuando el autor de la llamada puede establecer la misma discando el numero correspondiente al abonado (destino) quien la recibirá una vez culminada la operación anterior (luego de marcar el numero correspondiente y el proceso de conmutación, posteriormente explicado). 47 En el siguiente paso, la central o centrales involucradas proporcionan las conexiones a ambos abonados, y así debido a las centrales se podrá realizar la función denominada conmutación. Por ultimo, cuando los dos abonados establezcan una conversación, y transmitan la señal de información a través de los medios de transmisión, se cumplirá la última fase de la conexión de la red denominada función de Transmisión. Para explicar de manera más detallada lo anteriormente expuesto se ilustrara el siguiente ejemplo, cuando un abonado efectúa una llamada telefónica a otro. En la Figura 17, se representan los teléfonos involucrados en la comunicación, que en primer lugar, el abonado que descuelga su teléfono para establecer una llamada, es detectado por la central e inmediatamente la central, consigna una señal interrumpida que se denomina Tono de Marcar o Invitación a Discar, con la que le indica el abonado origen que puede proceder a marcar o discar las cifras del numero telefónico del abonado destino. El abonado origen marca las cifras y se envían en forma de señal eléctrica a la central a la que esta conectado. Estos pasos son un ejemplo de la función de señalización de la red telefónica Cuando termina la operación de marcar cifras, el abonado origen debe ser conectado al abonado destino a través de la central o centrales implicadas y de las uniones entre estas. Esta función, no esta en los aparatos telefónicos, sino que esta concentrada en las centrales, las cuales proporcionan la función de Conmutación, y como en todo el proceso telefónico, supervisado por la Función de Señalización de la red. 48 Figura 17. Conexión entre abonados y detección e invitación a discar. Fuente: Autor 2005. Con respecto a esta ultima fase del proceso telefónico es importante destacar que debe enviarse la señal correspondiente al abonado origen, para percatarse si el abonado destino esta libre u ocupado, es decir, si en ella se encuentra alguna persona en línea o por el contrario discando. Simultáneamente, si el abonado destino no esta ocupado, debe enviarse otra señal, denominada Corriente de Llamada o señal de repique, al timbre del aparato telefónico del abonado como se muestra en la Figura 18. Por ultimo, deberán los dos abonados estar conectados, mientras estén en conversación, y Ali de esa manera transmitir la señal de información a través de los medios de transmisión. Cuando la conversación finaliza, hay que desconectar a los dos abonados, y realizar toda una serie de funciones auxiliares como son: la tarificacion de la llamada, la señalización entre abonados y la transmisión de la señal de información. Es evidente que la realización de 49 estas funciones y las anteriormente expuestas, requieren un cierto grado de inteligencia en la red telefónica conmutada. Figura 18. Señalización de la red entre abonados. Fuente: Autor 2005. Planta Exterior o Arquitectura de la Red Las vías de transmisión, son los que en un sentido amplio, caracterizan conceptualmente a la Planta Exterior. Esta se define como el conjunto de instalaciones comprendidas entre los edificios de las centrales y los domicilios de los abonados y entre las centrales entre si. Desde el punto de vista funcional, la planta exterior se divide en dos grupos. La Red de abonados esta constituida por los usuarios y equipo terminal, permitiendo la unión de los terminales de abonado con su central y la Red de Enlace que esta constituida por protocolos y centrales telefónicas, la cual permiten conexiones entre centrales. 50 Figura 19. Planta Exterior. Fuente: Autor 2005. Red de Datos De acuerdo con Couch (2000) argumenta que la red de datos es el medio donde se establece la transmisión analógica o digital según el tipo de señal que se emplea sobre esta. El servicio de transmisión de datos permite el intercambio de información entre ordenadores o terminales de datos, el cual hace posible el manejo remoto de los ordenadores. La información manejada por estos, es de tipo digital, por tanto, lo elementos para la transmisión de datos, tendrían que ser de ese mismo dominio. La red telefónica conmutada está destinada a la transmisión de voz entre abonados y es de naturaleza analógica. Los servicios de transmisión de datos se han desarrollado con gran rapidez al poder utilizar la red telefónica conmutada. El manejo de la red telefónica preexistente es de naturaleza analógica y a la vez es desarrollada para las conexiones de abonados y transmisión de voz, este tipo 51 de transmisión analógica expone dos contrariedades para los servicios de datos de naturaleza digital: la primera es la transformación de las señales digitales de los ordenadores en analógicas y la segunda es la utilización de la red para la transmisión de datos. Para solventar estos dos problemas se utilizan unos convertidores de señales llamados MODEM, figura 20, los cuales son utilizados por la necesidad de la conversión de las señales digitales de datos, en otras analógicas aptas para su transmisión por la red telefónica, y también por la conmutación de circuitos para la transmisión de datos. Sin embargo, el módem también permite el establecimiento de una conexión de datos por red conmutada, tratando a esta conexión de forma análoga como una llamada telefónica convencional. Figura 20 Convertidor de llamadas/MODEM. Fuente: http://home.eircom.net/Images /Games/GettingStarted/ec-modem -b.jpg En la figura 21, se ve el arreglo que tiene la red telefónica conmutada, cuando se utiliza como red de datos y telefónica. El problema de esta red, se localiza cuando se transmiten datos a través de ella, debido a que la rapidez con la que se comunican no es muy alta. Si se quieretransmitir mucha cantidad de 52 información se necesitan otras soluciones que incorporen entornos de muy alta densidad de usuarios. Figura 21. Conexión de datos por red Conmutada. Fuente: Autor 2005. La necesidad de buscar una solución al problema y la creciente demanda de conexiones de datos, impulso a las administraciones telefónicas, a desarrollar redes especiales para la transmisión de datos, a fin de mejorar el enrutamiento, la rapidez y la calidad de servicio. Surgen así las redes de datos con conmutación de paquetes. En Venezuela la Compañía Anónima Nacional de Teléfonos de Venezuela (CANTV), es la empresa que maneja la red pública de datos, pero a partir de la apertura de las Telecomunicaciones a finales del año 2000, las compañías privadas localizadas en el país junto con las nuevas que llegaron del extranjero se encontraron en la necesidad de desarrollar mejores recursos tecnológicos que faciliten estratégicamente el préstamo del servicio telefónico 53 básico junto con los servicios agregados y el enlace de interconexión entre suscriptores y proveedores. 1.2.4 TELEFONÍA INALÁMBRICA Para el autor Alonso Frech, en el libro de Rey (1993) los sistemas de telefonía sin hilos (o teléfonos sin cordón) solo eran considerados como bienes de consumo, elementos familiares en los hogares de los sectores mas o menos acomodados de la sociedad. Actualmente, debido al desarrollo de la tecnología y de la espectacular demanda de servicios de comunicaciones móviles, constituyen uno de los sistemas de comunicaciones con más atractivo para los usuarios y con el mayor mercado potencia. Los sistemas de telefonía sin hilos se pueden clasificar en generaciones que, si bien han aparecido en un corto espacio de tiempo, lo que hace coexistan en la practica unas con otras, se encuentran basados en diferentes tecnologías y van dirigidos a diferentes tipos de aplicaciones. Se pueden distinguir tres generaciones bien diferenciadas: La primera generación constituye el sistema más simple de comunicaciones móviles de voz; una única estación base, conectada a la terminación de la red telefónica pública, se comunica con un portátil vía radio proporcionando al usuario servicio telefónico en una limitada área de servicio. Está pensado para uso domestico exclusivamente. La segunda generación incorpora la digitalización del trayecto radio y permite el acceso directo de la red telefónica conmutada para servicios de tipo 54 público y por último la tercera generación es la que permite constituir redes de telefonía móviles geográficamente dispersas, con posibilidades de aplicación en entornos de muy alta densidad de usuarios, como los edificios de oficina, incluyendo además facilidades de redes inteligentes, lo que permitirá el desplazamiento de los usuarios entre diferentes sistemas y su interfuncionamiento con cualquier tipo de otras redes existentes. 1.2.4.1 TIPO RESIDUAL Los teléfonos sin hilos de tipo residencial proporcionan las mismas facilidades que los teléfonos fijos normales y además permiten a sus usuarios realizar llamadas desde cualquier punto dentro de su casa o mientras se mueven en ella. Es la primera utilización que se dio a estos sistemas y la más extendida en la actualidad. 1.2.4.2 TIPO PÚBLICA El servicio de telefonía pública también conocido como tele-punto permite la utilización por el gran público de teléfonos portátiles en la vía pública, aeropuertos, centros, comerciales, etc. Es decir, en lugares en los que las necesidades de comunicación se han satisfecho tradicionalmente mediante la instalación de teléfonos públicos. Los abonados a este servicio pueden hacer llamadas o hacer y recibir llamadas, según el sistema, siempre que se encuentren dentro del área de cobertura de las estaciones base del sistema. 1.2.4.3 TIPO EMPRESARIAL 55 Con este servicio las personas que trabajan en una oficina disponen de un teléfono portátil de bolsillo que proporciona todas las facilidades de una extensión normal de la centralita del edificio. Por esto se conocen también como centralitas sin hilo. Cada portátil tiene su propia identidad única y su posición dentro del edificio es supervisada por el sistema para poder dirigirle las llamadas entrantes. Constituyen sistemas pico-celulares que permiten hacer y recibir llamadas desde cualquier punto del edificio o en movimiento. Este servicio de telefonía inalámbrica elimina el problema frecuentemente encontrado en ésta área en la cual se requiere llamar a alguien que, aún estando dentro del edificio, no se encuentra en su mesa de trabajo. Para el personal con alta movilidad en su trabajo y, por tanto, difícil de localizar, como personal de mantenimiento, seguridad, mensajeros, etc. Las centralistas sin hilo reducen el cableado telefónico que se emplea en las oficinas, disminuyendo tremendamente el costo de la instalación telefónica y además facilitan las reorganizaciones de la red sin la necesidad de nuevas programaciones en la central ya que cada uno de los empleados tiene su portátil personal. Asimismo, las centralistas sin hilos pueden utiliza rse también para conectar aparatos de cualquier otro tipo como el fax, módems de computadoras, impresoras, bases de datos y cualquier equipo de comunicaciones necesitado por los empleados en una oficina. 1.2.4.4 UTILIZACIÓN DE RADIO BUCLE EN EL ABONADO 56 Otra aplicación potencial de la tecnología de los teléfonos sin hilos es la utilización del acceso radioeléctrico en el bucle del abonado, es decir, emplear un enlace de radio entre el equipo terminal en la resistencia del abonado y la central publica de la red telefónica conmutada. Esto puede tener ventajas tanto para los abonados como para los operadores locales de la red. Las extensiones mediante hilos en el bucle de abonado son costosas y crean problemas al operador de la red tanto a la hora de instalarlas como para su mantenimiento. Asimismo, esto crea inconvenientes también para el abonado que debe permitir el acceso del personal a su residencia para su instalación o para reparar cualquier avería. Las elevadas inversiones necesarias para este cableado local es uno de los principales obstáculos para proporcionar un entorno verdaderamente competitivo en los mercados de telecomunicaciones liberalizados. Todo esto se lleva a pensar en la posibilidad de utilizar los sistemas de teléfonos sin hilos para prestar servicio telefónico en lo que se denomina “la ultima milla”, permitiendo a sus usuarios utilizarlo al moverse para ir a otro lugar cercano. 1.2.4.5 TELEFONÍA PERSONAL El término de la telefonía personal es ampliamente utilizado aunque, para proporcionar telefonía personal, se necesitan dos elementos básicos: un transceptor de radio con el que comunicarse mediante terminales portátiles y una red con la inteligencia que permita seguir los terminales dentro del área de servicio. 57 En el Reino Unido se han identificado los sistemas de telefonía personal con los tres sistemas PCN (Personal Communication Networks) a los que el gobierno ha concedido licencia de operación en la banda de 1,8 GHz y que se basan en tecnología del tipo GSM. Otra posibilidad de dar un servicio de telefonía personal es la utilización de los sistemas de teléfonos sin hilos, con la ventaja de que no será necesario montar una red completamente independiente para ello. Actualmente ya están en desarrollo sistemas de centralitas sin hilos que incorporan la inteligencia necesaria para el acceso y consulta a bases de datos de forma que puedan prestar este tipo de servicios. Están también en desarrollo proyectos para la interconexión con los sistemas celulares, concretamente con el GSM. 1.2.5 SISTEMA DE LAZO LOCAL Siguiendo con Villalobos (2003), en un sistema fijo inalámbrico la estación base esta representada por un equipode radio trasmisor-receptor que es colocado en algún lado de la casa o techo de la misma, para luego ser conectada al punto de distribución, muchas veces de la misma manera que lo hace un plato receptor de satélite y luego con un cable es empotrado desde este equipo conector de los teléfonos residenciales. Aparte de un pequeño tranceiver en el lado interior de la casa del suscriptor, este no se ve ninguna diferencia al conectar el teléfono con respecto a las conexiones tradicionales. 58 El uso del radio en vez del cable de cobre tiene un número de ventajas. Estas se distinguen debido a que este sistema es menos costoso a la hora de ser instalado por cada unidad de suscriptor y por no tener que realizar las típicas excavaciones por avenidas o calles que se llevan a cabo a la hora de que un suscriptor elabore una petición de servicio. Por otro lado, las instalaciones de sistemas de radio toman menos tiempo debido a que las unidades solamente son instaladas cuando los suscriptores requieren el servicio, a diferencia del cable de cobre, el cual generalmente es instalado si previamente existe alguna instalación cercana al sitio de petición del servicio. Hoy, casi cada transmisión con el objetivo de proporcionar telefonía, emitir entretenimiento y proporcionar servicios de computadoras. Es lo que se conoce como convergencia y que tanto se ha hablado al respecto hoy en día. Para aquellos donde “la convergencia” no es nada mas que un termino que pueda utilizarse para designar lo servicios de los clientes, deben entender que ese termino significa que el operador del cable local podrá ofrecer TV, telefonía, y acceso a Internet, todos a través de la misma línea, además de tener la posibilidad de pulsar un icono en una pagina de Internet, y poder comunicarse automáticamente con la compañía cuya pagina esta visitando. Tal servicio esta disponible hoy en día y esta ganando rápidamente capacidad. El efecto es que los límites tradicionales de las telecomunicaciones están siendo distorsionados. Las llamadas telefónicas ahora enlazan a computadoras, la transmisión de TV ahora proporciona datos por Internet, los enlaces de Internet proveen conversación de voz y así continua la convergencia, 59 demostrando que la misma es un concepto que ningún operador de este sistema debería ignorar o su sobre vivencia en el mercado seria improbable. Paralelamente, en la mayoría de los países, un gran número de las casas son enlazadas mediante una línea de cobre dentro de la red de telefonía pública conmutada (PSTN), llamada la red artificial más grande del mundo, la cual permite telefonear a cualquier parte en varios segundos. Para aquellos quienes los teléfonos son una parte integral de la vida cotidiana, es fácil olvidarse que la mayoría de la población mundial no tiene acceso telefónico. Según las estadísticas de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU), más de la mitad de la población mundial nunca ha hecho una llamada telefónica, encontrándose la variación de esta penetración entre un 60% en los países desarrollados y un 2% en los menos desarrollados. El alambre de cobre generalmente usado es llamado par trenzado de cobre, el cual consta de dos alambres de cobre delgados rodeados por aislamiento y a la vez entretejidos. Tal cableado tiene la ventaja de ser económico pero la desventaja que tiene es que actúa como una antena , radiando señales de alta frecuencia, potencialmente dentro de otros pares trenzados quedando inútil una conversación eficaz y causando el fenómeno conocido como “cruce de habla”. Sin embargo, debido a que la voz no contiene componentes de alta frecuencia, limitan la señal que la línea transporta, la cual se encuentra en 3 Khz., y con la utilización de filtros colocados a lo largo de la línea se puede eliminar el “cruce de habla”. 60 A pesar de sus limitaciones, el cable de cobre de par trenzado tiene una característica importante: enlaza casi cada casa del mundo desarrollado al PSTN. Como se conocerá después, colocar mas cable de cobre es sumamente costoso. Esos factores se combinan para asegurar que los investigadores se concentren en los medios para salir lo más rápido posible del cable de cobre o como también se conoce par trenzado. Así, aparte de ser un medio donde las personas pueden hablar entre si, la conexión del par trenzado se convierte en un medio de comunicación de un rango mucho mayor en el que se transmite la voz y además datos y video de la computadora mediante este mismo recurso. Con todos los diferentes tipos de información que atraviesa el mismo canal es relativamente simple unirlas para que una película pueda transmitirse a través de Internet, junto con la realización de las llamadas de voz. Desde el advenimiento de la transmisión de TV en los años cuarenta, la entrega de señales de TV por transmisores terrestres se constituía de solo cuatro canales. Esto es conocido como TV terrestre. Luego, dos alternativas aparecieron, la TV por satélite que ofrece 30 o más canales para cualquiera que instale un plato satelital, y la TV por cable que ofrece 50 o más canales a cualquiera capaz de tener este servicio. El cable tiene una ventaja grande encima de los otros dos mecanismos de entrega, y es que cada suscriptor tiene un enlace dedicado en la red del cable y puede así tanto transmitir como recibir en la red. Una vez que el servicio de telefonía fue proporcionado y el acceso a Internet fue posible ahora los 61 operadores de cable están mirando hacia nuevas maneras de proporcionar velocidades más altas para el acceso a Internet claro que considerando siempre la convergencia. 1.2.6 TECNOLOGÍA DE ACCESOS Como se mencionó anteriormente, la tecnología inalámbrica es la única de varias tecnologías competitivas actualmente que puede utilizarse para proporcionar este tipo de acceso. En este punto se evidencian teóricamente las tecnologías existentes en actualidad, cuales son, o cuales podrían ser, las que proporcionen el acceso al lazo local, junto con una breve descripción de sus fuerzas claves y de sus limitaciones. Una apreciación global de las tecnologías de acceso se proporciona a continuación en la Tabla 1. Tabla 1. Comparación de diferentes tecnologías de acceso. TECNOLOGIAS DE ACCESO TASA DE DATOS VENTAJAS DESVENTAJAS Módems de Voz < 56 Kbps Bajo costo, instalación inmediata. Línea telefónica de bloques, baja tasa de datos. ISDN < 144 Kbps Tecnología probada, relativamente económica. Se realizan solamente unos pequeños arreglos en el módems de voz. XDSL < 8 Mbps Alta tasa de datos en líneas existentes (cableados). No probada, costosa y no puede funcionar en todo tipo de líneas. Cable Módems 30 Mbps Relativamente económica y permite la Penetración limitada y arquitectura que 62 convergencia. limitan a usuarios simultáneos. Difusión de TV Desconocida, 10 Mbps en el Downstream Descarga de altos volúmenes de datos a múltiples suscriptores. No existe el Upstream, incapaz de direccionar hogares individualmente. Radio Móviles 64 Kbps en celulares y 500 Kbps inalámbricos Puede ser instalado inmediatamente donde la cobertura es disponible Capacidad limitada, su costo y escasez de cobertura. Tecnología WLL < 384 Kbps Económica de proveer y tasa de datos razonables Se necesita una nueva infraestructura para ofrecer alta tasa de datos. LMDS Múltiples E1 y T1 Alta tasa de datos a bajo costo. Bajo rango y desempeño de las redes en el Upstream. Fuente: Webb (2003). 1.2.6.1 ACCESO VÍA PAR TRENZADO Módem de Voz El par trenzado pude usarse directamente para proporcionar comunicaciones de voz. Para proporcionar comunicaciones de datos se necesita el uso de un módem que convierte las señales de datos en para que el canal del teléfono,pueda transportar esta información. Los módems de voz son desarrollados bajo las normas ITU. Tales normas son importantes en esta área por que el modulador y el demodulador se instalan 63 en premisas diferentes, a menudo en países diferentes, y ellos necesitan saber trabajar entre si. Las normas se desarrollan según la evolución técnica lo permita. Una ventaja del módem de voz es que pueden conectarse directamente a una línea telefónica sin la necesidad de que el PTO modifique la línea de alguna manera. Y una desventaja importante es que necesitan una línea dedicada durante el tiempo en que ellos están en uso. El ISDN La Red Digital de Servicios Integrados (ISDN) es básicamente un formato paquetizado que permite llevar los datos en un rango de tasa de datos por una portadora. El ISDN hace uso del cable de par trenzado para llevar una buena cantidad de información y dominar a la vez los problemas de “cruce de habla”. Para proporcionar el acceso a la ISDN, el puerto debe quitar primero los filtros en la línea de donde provienen las señales que se transmiten con un ancho de banda mayor a 3 KHz. Existe un costo de instalación involucrado que el usuario debe cancelar. Luego, un modem de ISDN se instala en ambos extremos de la línea telefónica. No todas las líneas telefónicas son convenientes para las aplicaciones de ISDN. Antiguas líneas, o líneas con mas de 3 Km. de largo, particularmente no pueden soportar ISDN por que se haría presente el fenómeno de “cruce de habla” el cual junto con otras líneas se torna se torna demasiado severo al igual 64 que la gran atenuación presentada en la señal. Se requiere de una prueba en la línea antes de probar el servicio. Las ventajas principales del ISDN son que es un estándar de tecnología bastante consolidada y probada y es relativamente económica y se encuentra desplegado en varios países. Entre las desventajas se encuentran que solo un pequeño aumento en la tasa de datos es ofrecido mediante los módems de voz y que puede ser sustituido por XDSL. Tecnología XDSL El área de las tecnologías digitales dirigidas a subscriptor, es relativamente poco explorada (XDSL se refiere a tecnologías que soportan líneas de suscripción digital). El ISDN, es para usarse en el par trenzado existente eliminado cualquier filtro que pueda estar colocado, proporcionado datos significativamente mayores a través de los complejos e inteligentes módems que son capaces de adaptar la capacidad del canal y eliminar cualquier cross-talk que pueda experimentarse en la comunicación. XDSL apareció para abarcar varias ramas propuestas, como Asymmetric Digital Subscriber Line (ADSL), el High-Speed Digital Subscriber Line (HDSL) y el Very High-Speed Digital Subscriber Line (VDSL). Estas tecnologías pueden ofrecer una tasa de más de 8 Mbps o más dependiendo de la calidad del par trenzado. Por un lado el par trenzado puede proporcionar solo 56 Kbps y por otro lado el mismo par trenzado puede lograr los 8 Mbps ya que de cierta manera es tratado el cross-talk y se elimina. 65 El primero en aparecer fue el HDSL que provee una tasa de datos de 768 Kbps en un solo par trenzado. También puede usar varios pares trenzados para entregar servicios en donde se requieran velocidades más altas. Una dificultad mayor es asociada con HDSL es la eliminación de ecos en la señal las cuales puedan causar interferencia de ínter símbolo (ISI). Los ecos están manejados mediante un ecualizador. En HDSL se usa una combinación de pre-ecualización en el transmisor y de ecualización en el receptor. La pre- ecualización intenta retransmitir una señal que cuando la recibió no tenia ecos, mientras que la post-ecualización remueve cualquier efecto causado por esos errores residuales. HDSL está creada básicamente para las aplicaciones comerciales. Después del HDSL vino el ADSL que proporciona mas capacidad de datos en la dirección de downstream (transmisión de servidor a usuarios) que en el camino de retorno. Esta asimetría reúne bien los requisitos de acceso a Internet, donde más información se transmite del servidor a la casa que la que se envía de la casa a la red. Mediante esta restricción de datos en la transmisión de casa a servidor, menos near-end cross-talk (NEXT) es generada. NEXT es una interferencia de señales presentes en la transmisión de regreso o upstream, la cual, contamina a la señal recibida debido a que la señal de regreso se realiza a una tasa de datos relativamente baja, el NEXT es reducido en tal proporción, que el downstream es entonces apto para realizarse a mayor tasa de datos. 66 El ADSL promete proporcionar hasta 8 Mbps en el downstream pero solo unos decimos de Kbits por segundo en el upstream. Las conexiones actuales de downstream se están logrando alrededor de 1.5 Mbps y las de upstream a 9.6 Kbps. El ADSL trabaja dividiendo los datos transmitidos en varias secuencias y transmitiendo las secuencias separadamente a frecuencias diferentes. Esta distinción es conocida como discrete multitone (DMT) en el área que respecta a la utilización de las líneas fijas. El VDSL ha sido propuesto donde la fibra se ha desplegado como medio de transmisión. En ese caso, el cableado de cobre hacia el subscriptor es muy corto, (menor a 500 m.) y pueden soportarse mayor cantidad de datos. VDSL podría lograr rangos de datos de hasta 50 Mbps. En la actualidad se habla de 10 Mbps en el downstream 64 Kbps en el upstream. 1.3 SISTEMA DE VARIABLES Variable 1: Red Inalámbrica Conceptualmente “Método por el cual los ordenadores y otros equipos se comunican en el marco de una red sin utilizar cable físico o fibra óptica.” (Clayton, 2002, p. 350) Operacionalmente es una red que utiliza el espectro electromagnético como medio de transmisión presentándoles a los usuarios la facilidad de movilización ya que no necesita un medio cableado. Variable 2: Telefonía Fija 67 Conceptualmente “se refiere a dispositivos inalámbricos o sistemas que se encuentran situados en localizaciones fijas, como oficinas u hogares, en comparación con dispositivos móviles, como celulares y PDAs. Los dispositivos utilizados normalmente derivan su energía de la red eléctrica para uso general, en comparación con los inalámbricos que derivan normalmente su energía de baterías.” (Enlace electrónico: http://www.webopedia.com/ TERM/F/ fixed_ wireless.html, 2005). Operacionalmente se define telefonía fija como un servicio de telecomunicaciones el cual se puede suministrar a través de diferentes proveedores a través de medios alámbricos y/o inalámbricos para ofrecerle servicios a las comunidades en sus casas, oficinas, entre otros. La telefonía fija es un pilar muy importante en las telecomunicaciones. Variable 3: Tecnología GSM Conceptualmente “El sistema Global de comunicación móvil (GSM) es un estándar aceptado globalmente para comunicación digital celular. GSM es el nombre del grupo de estandarización establecido en 1982 para crear un estándar europeo móvil que formule especificaciones para el sistema de radio móvil celular para el continente europeo operando en la banda de los 900 MHz.” (Enlace electrónico: http://www.iec.org/online/ tutorials/gsm/, Mayo 2005) Operacionalmente la tecnología GSM es una red celular digital, creada en Europa. El sistema GSM dispone de un conjunto de celdas de radio contiguas, 68 que operan unas con otras. Ésta tecnología opera por lo general en la banda de los 900 MHz. 2. DESCRIPCIÓN DE LA SITUACIÓN A nivel mundial se ha observado que las telecomunicaciones son claves para el desarrollo social y económico de un país. Con el tiempo, y debido al aumento de la demanda de servicios de transmisión de datos y de comunicación cada vez más eficientes, los operadores de los distintos países han comenzado a instalar redes especialmente diseñadas para
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