Tecnologías UMTS 3G y GPRS: Fundamentos y Evolución de Redes Móviles

Red UMTS 3G: La Solución Global

El sistema 3G se concibió como una solución mundial que ofrece una amplia variedad de servicios, alta Calidad de Servicio (QoS), elevadas velocidades binarias y una amplia movilidad.

Estándares y Propuestas: ITU IMT-2000

La Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU) definió el estándar IMT-2000 con las siguientes características:

• Plena cobertura y movilidad: Velocidades de 144 kbps (hasta 384 kbps).
• Cobertura limitada: Tasas de hasta 2 Mbps.
• Eficiencia espectral: Optimización del uso del espectro radioeléctrico.
• Flexibilidad: Adaptabilidad para nuevos servicios.
• Componentes: Incluye componentes por satélite y terrestres adicionales.

Las propuestas para 3G surgieron de organismos regionales y de los intereses de fabricantes y operadores.

Propuesta de Núcleo de Red

El núcleo de red propuesto se basó en la arquitectura GSM (GSM/MAP).

Organismos y Tecnologías de Acceso

• ETSI (European Telecommunications Standards Institute): Desarrolló UMTS, con métodos de acceso de radio terrestre como ULTRA (UMTS FDD - 60+60 MHz) y CDMA, así como TDD (35 MHz) TCDMA/CDMA.
• 3GPP (3rd Generation Partnership Project): Consorcio que incluye a ETSI, ARIB y TTC.
• 3GPP2 (3rd Generation Partnership Project 2): Basado en la tecnología de radio IS-95.

Características Generales de UMTS

UMTS ofrece una amplia gama de servicios de voz, datos y multimedia en un entorno competitivo y dinámico, con énfasis en la movilidad personal y de servicios. Sus capacidades incluyen:

• Capacidad de transmisión síncrona y asíncrona, con velocidades de hasta 384 kbps y en baja movilidad hasta 2 Mbps.
• Transmisión por conmutación de circuitos y paquetes.
• Mayor capacidad y uso eficiente del espectro.
• Alto nivel de calidad y seguridad.
• Soporte para diferentes servicios simultáneos.
• Roaming internacional.
• Nuevos mecanismos de tarificación (basados en volumen de datos, etc.).
• Coexistencia e interconexión con satélites.
• Soporte para varias conexiones simultáneas.

WCDMA: Acceso de Radio para UMTS

WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) utiliza un ancho de banda de 5 MHz, a diferencia de los sistemas estadounidenses de 1.25 MHz, y se basa en el espectro ensanchado por secuencia directa (DSSS).

Ventajas de WCDMA

• Acceso múltiple y protección contra la interferencia.
• Seguridad mejorada: Requiere conocer la secuencia de ensanchamiento.
• Generación de señal sencilla, sin necesidad de sincronización estricta entre usuarios.

Dificultades de WCDMA

• Cálculo de capacidad complejo y diferente en ambos lados (enlace ascendente y descendente).
• Factor limitador de capacidad: Interferencia mutua entre terminales.
• Necesidad de un control de potencia muy estricto.

Sistema GPRS (Generación 2.5)

GPRS (General Packet Radio Service) representa una evolución de la generación 2.5, ofreciendo:

• Servicios básicos de transmisión GSM 2+.
• Conmutación de paquetes (a diferencia de la conmutación de circuitos de GSM, que ofrecía 9.6 kbps).

Área de Evaluación y Objetivos

El área de evaluación principal para GPRS fue la comunicación móvil a internet. El objetivo de los nuevos servicios era combinar la movilidad con un acceso a la red de forma sencilla y fiable.

Características de GPRS

GPRS se distingue por las siguientes características:

• Baja inversión en la red, ya que utiliza la infraestructura de radio GSM.
• Integración GSM/GPRS.
• Conmutación de paquetes para conexión a redes IP.
• Solo transmite cuando hay tráfico, optimizando el uso de recursos.
• Canal compartido por varios usuarios.
• Almacenamiento de paquetes en los nodos.
• Reordenación de paquetes en recepción.
• Tarifa basada en volumen de tráfico.
• Establecimiento y tiempo de acceso eficientes.
• Comunicación multislot (nU+mD).

Formas de Acceso y Nuevos Servicios

Formas de Acceso

• A través de LAN.
• A través de ISP (Proveedor de Servicios de Internet).
• A través de WAP (Wireless Application Protocol).

Interacción con Servicios GSM

• SMS (Short Message Service).
• WAP.
• Prepago por volumen de datos.
• Telemetría.

Tipos de Aplicaciones GPRS

• Aplicaciones Horizontales: Manejan grandes volúmenes de información que se transmiten poco frecuentemente (ej. Internet, Intranet).
• Aplicaciones Verticales: Manejan pequeños volúmenes de datos que se transmiten frecuentemente. Diseñadas por compañías específicas o grupos de usuarios.

Servicios Portadores

• PTP (Point-to-Point): Un transmisor y un receptor, no orientado a conexión por IP, sino por X.25.
• PTM (Point-to-Multipoint).

Acceso a Servicios Adicionales

• Oficina virtual.

Arquitectura GPRS

La arquitectura GPRS introduce nuevos nodos y actualiza los existentes en la red GSM:

SGSN (Serving GPRS Support Node)

Gestiona el movimiento de paquetes desde y hacia el área de servicio geográfica. Se encarga de la transferencia y encaminamiento de paquetes, maneja la capacidad de las BSC conectadas, sirve a los abonados conectados, realiza cifrado y autenticación, gestiona la sesión y la movilidad, y genera datos de uso y facturación.

GGSN (Gateway GPRS Support Node)

Actúa como interfaz a redes IP externas. Gestiona la sesión GPRS, asocia a los abonados con el SGSN correcto, maneja la capacidad de todos los SGSN conectados y genera datos de facturación.

BG (Border Gateway)

Proporciona acceso a otras redes IP, facilitando el roaming entre operadores.

Además, se requieren actualizaciones en nodos existentes como MSC, VLR y HLR, cambios en las BTS, incremento de hardware y actualización de las BSC. Los GSN se interconectan entre diferentes operadores (para roaming) o dentro del mismo operador en distintos países.