Evolución de las Telecomunicaciones: Del Analógico al Digital

Evolución de la Telefonía Móvil

El primer sistema de telefonía móvil fue el NMA-450, que surgió en el norte de Europa, en los países escandinavos, donde no era rentable instalar líneas telefónicas tradicionales. Utilizaba la banda de los 450MHz, con un sistema analógico.

El primer sistema que se empleó en España fue el TMA-900A (Telefonía Móvil Automática en la banda de los 900MHz Analógico), que disponía de 720 canales dúplex. Esto sería la primera generación. En España se comercializó como Moviline, actualmente obsoleto.

2G, 3G y GPRS

La segunda generación (2G) es el GSM (Group Special Mobile).

La tercera generación (3G) es el UMTS (Universal Mobile Telephony System).

Entre la segunda y la tercera generación apareció el GPRS, un sistema de transmisión de datos por encima de los 9600 bits/s.

Telefonía sin Hilos y Radiomensajería

Dentro de la telefonía móvil, también se incluye la telefonía sin hilos (cordless) en su estándar DECT y los sistemas de radiomensajería ("buscapersonas").

El Concepto Celular

El concepto celular está ligado a dos características: la reutilización de frecuencias y la división celular. El mayor condicionante al diseñar una red celular son las frecuencias disponibles.

El área de cobertura de una estación radio base es lo que llamamos célula. La totalidad de canales disponibles asignados a un conjunto de células se denomina "Clúster". Los más habituales son 4, 7 y 12. Al reducir el tamaño de una célula se puede disminuir la distancia de reutilización, lo que conlleva dos consecuencias:

1. Aumenta la capacidad del sistema (mayor número de usuarios).
2. Se incrementa la complejidad del sistema.

Bluetooth

Bluetooth es una tecnología que establece un enlace inalámbrico entre dispositivos de voz y datos a corta distancia. Funciona a través de transmisores-receptores de baja potencia. Operan en la banda ISM (banda libre) de 2.4GHz a 2.48GHz.

Existen dispositivos Bluetooth de:

• Clase 1: Emiten hasta 100mW (20dBm), con un alcance de 30 metros.
• Clase 2: Emiten hasta 2.5mW (4dBm), con un alcance de entre 1 y 5 metros.
• Clase 3: Emiten a 1mW (0dBm), con un alcance de 1 metro.

Utiliza 23 ó 79 frecuencias (según el país) en intervalos de 1MHz con modulación GFSK de transmisión full dúplex mediante TDD (Time Division Duplex) y multiplexación TDMA (Time Division Multiple Access).

Un dispositivo Bluetooth se estructura en dos áreas: radio (encargada de modular y transmitir la señal) y control (procesa las señales digitales). Cuando un dispositivo se activa, busca otros de su misma tecnología (nodos). Entre ellos, debe existir un líder (servidor maestro o nodo maestro) que organiza y sincroniza todos los nodos de la célula (piconet). Una piconet puede tener hasta 7 nodos esclavos y 1 maestro. Las comunicaciones entre esclavos deben pasar por el maestro. Las células (piconets) pueden coexistir en el mismo espacio físico. El conjunto de células se conoce como scatternet.

Telefonía sin Hilos (Cordless)

Son las comunicaciones con terminales móviles de bajo costo y distancias limitadas, apoyados por estaciones repetidoras. Los usos más extendidos son:

• Residenciales o domésticos: Proporcionan las mismas facilidades que el teléfono fijo. Son sistemas unicelulares y monousuario.
• Uso público o telepunto: Son monocelulares y multiusuario. La potencia radiada suele ser inferior a 10mW. Se emplean en aeropuertos, congresos, etc.
• Sistemas de comunicación de empresas (DECT): Son multicelulares y multiusuario. Proporcionan las facilidades de una extensión de la centralita. Cada portátil tiene su propia identidad y su posición es supervisada por el sistema. Constituyen sistemas microcelulares. La potencia de transmisión suele ser de 250mW.

GSM

Permite conexiones sin pérdidas de sus propiedades específicas a la RDSI. Las transmisiones entre centrales son a 2Mbit/s. Por limitaciones en el ancho de banda del canal radio, es necesario reducir los 64Kbps a 13Kbps para la comunicación y 3Kbps para control y señalización. La UTAV (Unidad Transcodificadora Adaptadora de Velocidad) comprime el canal de voz de 64Kbps a 13Kbps, eliminando la redundancia del habla.

Estructura del Sistema GSM

GSM se divide en tres áreas: sistema de conmutación, sistema de estaciones radio-base y sistema de operaciones y mantenimiento.

Sistema de Conmutación

• CCM (Centro de Comunicaciones Móviles): Central digital que realiza las conmutaciones con las estaciones móviles.
• RLL (Registro de Localización Local): Base de datos de usuarios residentes.
• RLV (Registro de Localización Visitante): Base de datos temporal de usuarios visitantes.
• CA (Centro de Autentificación): Autentifica al usuario basándose en el IMEI.
• RIM (Registro de Identificación de Móviles): Almacena la identidad internacional del equipo móvil.

Sistema de Estaciones Radio-Base

• Controlador de estaciones base: Enlaza la CCM con las estaciones base.
• Estaciones base (antenas): Incluyen los equipos de transmisión.

Sistema de Operaciones y Mantenimiento

Puede ser centralizado y remoto. Sus tareas son la administración de abonados, gestión de averías, control de saturación de tráfico, etc.

Características Técnicas de GSM

El sistema de acceso es TDMA (Time Division Multiple Access). Hay una trama por cada portadora de radio; cada trama tiene 8 intervalos de tiempo (canal físico).

Tipos de Canales Lógicos

• Canal de tráfico: Utiliza la ráfaga normal de transmisión de información.
• Canales de control: Radiodifusión, canal común, control dedicado y radiodifusión unicelular.

Procesos en las Comunicaciones GSM

• Registro automático de afiliación: El móvil actualiza su localización al moverse entre áreas.
• Teléfono móvil en reposo: El móvil sintoniza el canal de control con la señal más fuerte.
• Recepción de llamadas: La CCM envía un mensaje de búsqueda al móvil.
• Llamada originada: El móvil transmite su identidad y el número marcado.
• Conmutación de llamada en curso (Handoff): La estación base comprueba el nivel de señal y realiza la conmutación a otra estación base si es necesario.

3ª Generación (3G)

Debido al incremento de abonados y la demanda de servicios, surge la tercera generación (3G), que permite conexiones a internet a altas velocidades y servicios multimedia. La ITU (Unión Internacional de Telecomunicaciones) promovió el estándar UMTS (Universal Mobile Telephony System).

Características de UMTS

• Nueva interfaz radio (UTRA) basada en W-CDMA.
• Acceso a servicios de paquetes y circuitos.
• Terminales siempre en línea.
• Operación TDMA y FDMA.
• Velocidad máxima de 2Mbit/s.
• Multiplexación de servicios con diferentes índices de calidad.
• Transferencias de UMTS a GSM.
• Control de potencia más rápido que en GSM.

Arquitectura UMTS

Se divide en tres partes: terminal móvil, red de acceso radio (UTRAN) y núcleo de red (CN).

Red de Acceso Radio (UTRAN)

Conecta el terminal móvil con el núcleo de red. Se estructura en:

• RNS (Subsistema de Red de Radio): Compuesto por nodos B (estaciones base).
• RNC (Controlador de Red de Radio): Interconecta los nodos B con el núcleo de red.

Núcleo de Red (CN)

• Dominio de circuitos: Basado en conmutación de circuitos.
• Dominio de paquetes: Basado en conmutación de paquetes.
• HLR (Registro de usuarios locales): Similar al RLL en GSM.
• VLR (Registro de usuarios visitantes): Similar al RLV en GSM.
• EIR (Registro de móviles): Similar al RIM en GSM.
• AUC (Centro de Autentificación): Similar al CA en GSM.
• SMS (Mensajes cortos): Intermediario entre el centro de servicios de mensajes cortos y la red de móviles.

Luz Visible e Infrarroja

La luz visible se encuentra entre los 400 y 750nm. 400nm equivale al color azul y 750nm al rojo. Por encima del espectro visible están los ultravioletas y por debajo los infrarrojos. Las señales, según su longitud de onda, se clasifican en ventanas: 850nm (primera), 1330nm (segunda) y 1550nm (tercera). A mayor longitud de onda, menor atenuación.

La velocidad de la luz en el vacío es de 300.000km/s. Al pasar de un medio a otro, la luz sufre reflexión y refracción. En la fibra óptica, el núcleo tiene un índice de refracción (n₁) mayor que el revestimiento (n₂).

Los núcleos de las fibras ópticas varían en tamaño: 8µ a 10µ en monomodo y 50µ, 62.5µ, 85µ y 100µ en multimodo. El revestimiento es de 125µ. El recubrimiento se encuentra entre 250µ y 500µ. Existe una protección adicional de 900µ para cables ajustados y de 2mm o 3mm para cables holgados.

Propagación de la Luz en la Fibra Óptica

La propagación se consigue gracias a la reflexión interna total, que depende de los índices de refracción y del ángulo de incidencia. La apertura numérica delimita el cono de ángulos de aceptación.

Composición de una Fibra Óptica

Una fibra óptica se compone de núcleo (core), revestimiento (cladding) y recubrimiento (coating). Núcleo y revestimiento suelen ser de sílice, y el recubrimiento de plástico.

• Núcleo de 8µ a 10µ (monomodo): Baja atenuación, gran ancho de banda.
• Núcleo de 50µ (multimodo): Menor apertura numérica, mayor ancho de banda dentro de las multimodo.
• Núcleo de 62.5µ (multimodo): Fácil conectorización, mayor apertura numérica.

Fibra Multimodo

Emplean la primera ventana (850nm). Los rayos viajan por diferentes caminos (modos), lo que limita la velocidad. Hay dos variantes: salto de índice e índice gradual.

Pérdidas en las Fibras Ópticas

Pérdidas Intrínsecas

• Impurezas del vidrio.
• Irregularidades en la frontera núcleo-revestimiento.

Pérdidas Extrínsecas

• Curvatura: Diámetro mínimo de curvatura de 10 a 12 veces el diámetro del cable.
• Acoplo: Empalmes mecánicos y por fusión (pérdida máxima de 0.3dB por empalme) y conectores (0.75dB por conector).

Ancho de Banda

En fibra multimodo, el ancho de banda se limita por la dispersión modal y se expresa en MHz x km (ej. 800MHz x km). En fibra monomodo, se limita por la dispersión cromática y se expresa en ps/nm x km. Las fibras monomodo con dispersión cromática cercana a 0 se denominan de dispersión plana o nula.

Cables de Fibra Óptica

Existen dos tipos:

• Estructura holgada: Fibras con núcleo central de refuerzo y cubierta protectora.
• Estructura ajustada: La segunda protección está ajustada a la fibra (Buffered Fiber).

Fibras Ópticas en Redes de Datos

• Cableado horizontal: 2 o más núcleos de fibra óptica multimodo de 62.5µ/125µ o 50µ/125µ.
• Cableado backbone: Fibra óptica multimodo de 62.5µ/125µ o 50µ/125µ, o monomodo.

Manejo del Cable de Fibra Óptica

Se debe considerar la curvatura mínima (10 veces el radio del cable) y la tensión de tendido.

• Curvatura mínima: No acercarse al valor mínimo dado por el fabricante.
• Tensión de tendido: Tendido continuo, sin tirones.
• Carga de tensión: Mantenerla mínima.
• Almacenamiento: No torsionar ni aplastar.
• Sujeción: Evitar aplastamiento.
• Colocación: Bandejas planas o conductos portacables.
• Instalación subterránea: Zanja libre de piedras.
• Mantenimiento: Evitar cortes. Minimizar el número de empalmes.

Medición de Pérdidas Ópticas

OLTS (Optical Loss Test System)

Utiliza una fuente óptica y un receptor. Existen dos técnicas: corte (poco utilizada) e inserción (más habitual).

OTDR (Optical Time Domain Reflectometer)

Envía impulsos de luz y analiza la reflexión. Determina la atenuación y las discontinuidades.

Medidas de Atenuación con OLTS

Método A (Dos Latiguillos)

Se resta la potencia medida con los latiguillos y el enlace a la potencia de referencia medida solo con los latiguillos. Se emplea en enlaces de larga distancia.

Método B (Un Latiguillo)

Se añade un latiguillo adicional en el receptor. Las pérdidas incluyen las del cable, los conectores y el latiguillo adicional.

Ejemplo: Medida de referencia: -18dBm, medida final: -24dBm. Enlace multimodo con cuatro empalmes y 1km. Pérdidas permitidas: (4 empalmes x 0.3dB) + (2 conectores x 0.75dB) + (1km x 3dB) = 5.7dB. Pérdidas medidas: -24dBm - (-18dBm) = -6dBm. El enlace no cumple la norma.