UD 6

UNIDAD 6.- El Sistema GSM.

Estudia el sistema telefónico móvil celular. La implementación en nuestra sonda de un sistema de comunicaciones GSM obedece a la finalidad de poder conocer con exactitud el punto de aterrizaje de nuestra sonda. Tras la detección de la pérdida de velocidad vertical (aterrizaje) la sonda enviará un SMS indicando sus coordenadas GPS. Este mensaje se repetirá cada varios minutos en previsión de posibles “movimientos posteriores” de la sonda ajenos a nuestra voluntad.

ÍNDICE:

  • Distribución celular del territorio. La cobertura.
  • Red GSM. Conexión con la red telefónica fija.
  • El enlace radio.  Itinerancia.
  • PRÁCTICA. Envío de SMS con la placa sonda.

         Fecha: 1982
         Utilidad: Sistema estándar para la comunicación entre móviles
         Inventor: Groupe Spécial Mobile

GSM, o Sistema Global para las telecomunicaciones móviles es un sistema estándar completamente definido, usado para la comunicación entre teléfonos móviles basada en la tecnología digital. Lo que permite, al ser digital, que cualquier usuario pueda conectarse a través del teléfono a su PC personal, permitiéndole interactuar por e-mail, fax, acceder a Internet, y un acceso seguro a redes LAN o Intranet. También existe la posibilidad de envío de texto corto entre terminales (SMS). Es considerado un estándar de segunda generación (2G) debido a su velocidad y características, es el estándar más extendido del mundo, el 82% de los terminales mundiales lo usa, 3.000 millones de usuarios en 212 países distintos, predominando en Europa, Asia, América del Sur y Oceanía, y con una gran extensión en Norteamérica.
GSM nace en 1982, en la Conferencia Europea de Administraciones de Correos y Telecomunicaciones (CEPT) donde se buscaba una estandarización de las comunicaciones y una posibilidad de financiar ésta de una forma global, debido al amplio coste que suponía mantener un sistema individual para cada país. Se crea entonces elGrupe Spécial Mobile (de donde provienen las siglas GSM, que mas adelante pasaría a llamarse Estándar Mobile Group, usándose las siglas para el estándar) el cual desarrollará un estándar europeo de telefonía digital, finalizándose en 1990 el estándar GSM-900 y siguiéndole un año después el DCS-1800. Además empresas como Nokia lanzaran el primer teléfono celular basado en GSM (Nokia 1011).
Actualmente el sistema ha evolucionado al 3G (UMTS), al 4G y ya se está estandarizando el futuro 5G.

Su arquitectura se basa en el reparto del espectro disponible debido a la limitación del rango de frecuencias disponibles, ya que cada conversación requiere un mínimo de ancho de banda. A cada compañía se le asigna cierto ancho de banda con unas frecuencias delimitadas, además debe emplearse más de una antena para poder abastecer el necesario ancho de banda, también debiendo ser separados los rangos de cada terminal para prevenir interferencias entre usuarios, esta división de acceso al canal se basa en cuatro modelos:

• Empleo de celdas contiguas a distintas frecuencias para repartirlas mejor (SDMA).
• Divisan del tiempo de emisión y recepción mediante TDMA (Time Division Multiple Acces).
• Separación de bandas para emisión, recepción y subdivisión en canales radioeléctricos (FDMA).
• Variación pseudoaletaria de la frecuencia portadora del envió terminal a red (FHMA).

Toda su arquitectura está basada en capas: teléfono móvil – BS (Base Station) - BSC (Base Station Controller). BS es la capa que forman todo el entramado de antenas repartidas en un territorio, este entramado está repartido de forma celular, donde cada antena ocupa un espacio geográfico, haciendo así que el sistema sea capaz de soportar a todos los usuarios. Por otro lado es el BSC el que se encarga de coordinar (controlar) todo el entramado de BS (las antenas), para que, si el terminal (móvil) se encuentra en movimiento, sea posible realizar el traspaso entre celdas (Handover).
El subsistema de red y conmutación (NSS) es la capa lógica de enrutamiento de llamadas y almacenamiento de datos. El móvil se conecta a su antena (BS) y a su controlador (BSC), y este último se conecta al NSS para hacer posible la conexión entre usuarios de otras redes. Las funciones del NSS son:

• Enrutar las transmisiones al BSC en que se encuentra el usuario llamado.
• Dar interconexión con las redes de otros operadores.
• Dar conexión con el subsistema de identificación de abonado y las bases de datos del operador, que dan permisos al usuario para
poder usar los servicios de la red según su tipo de abono y estado de pagos(HLR y VLR).

Por último existen otros subsistemas como son el MSC (se encarga de canalizar las llamadas a través del BSC y BS), HLR y VLR (bases de datos que se encargan de identificar al usuario llamante y llamado, sus tarifas, servicios que puede usar, etc.) y la tarjeta SIM, tarjeta inteligente desmontable que contiene toda la información del usuario, su contrato, los parámetros de la red y el directorio telefónico, lo que permite un cambio de teléfono (terminal) fácil. Y también el cambio de compañía manteniendo el terminal simplemente con una nueva SIM. (wiki).



La red celular


Una red celular se forma al dividir el territorio, al que un operador pretende dar servicio, en áreas más pequeñas llamadas células o celdas, cada una de las cuales es atendida por una Estación Base Transmisora-Receptora (ver Figura ). Es posible instalar una o más Estaciones Base en el mismo espacio físico, al cual se denomina sitio. Cada Estación Base está compuesta de uno o más transceptores, entonces una celda corresponde a un área cubierta por los transceptores de una Estación Base. 

 




El tamaño de la celda depende de la potencia de transmisión de los transceptores, banda
de frecuencia utilizada, altura, posición y tipo de la antena, además de la topografía del área.

 Una red GSM está compuesta por tres entidades funcionales: la Estación Móvil (MS), el Subsistema de
Estación Base (BSS) y el Subsistema de Conmutación (NSS), tal como se muestra en la Figura



(José Bermeo, Juan P. Verdezoto, Carlos Monsalve)


La red celular ideal, mostrada en los libros, tiene celdas hexagonales. En la práctica la cobertura de la celda varía considerablemente dependiendo del terreno, la ubicación de la antena, las construcciones que pudieran interferir, puntos de medición y barreras.
El otro factor que interviene considerablemente en la cobertura es la frecuencia utilizada. Puesto simple, frecuencias bajas tienden a penetrar bien obstáculos, frecuencias altas suelen ser detenidas por objetos chicos. Por ejemplo, una pared de yeso de 5 milímetros detendrá completamente la luz, pero no tendrá ningún efecto sobre ondas de radio.
El efecto de la frecuencia en la cobertura significa que diferentes frecuencias sirven mejor a diferentes usos. Frecuencias bajas, como la de 450 MHz de NMT (en inglés), dan buena cobertura en áreas campestres. La de 900 Mhz de GSM 900 es una solución apropiada para áreas urbanas pequeñas. GSM 1800 usa la banda de 1.8 GHz que ya comienza a ser limitada por paredes. Ésta es una desventaja cuando se habla de cobertura, pero es una ventaja cuando se habla de capacidad. Las pico celdas, por ejemplo, un piso de un edificio, son posibles y la misma frecuencia puede ser usada por celdas que son prácticamente vecinas. UMTS a 2.1 GHz es similar a GSM 1800 en cobertura. A 5 GHz las redes inalámbricas 802.11a tienen ya una muy limitada capacidad para penetrar paredes y suelen ser limitadas a una sola habitación en un edificio. Al mismo tiempo 5 GHz puede penetrar fácilmente ventanas y paredes finas, por lo que son usada en WLANs.
Si sobrepasamos estos rangos la capacidad general de la red incrementa (más ancho de banda está disponible) pero la cobertura comienza a ser limitada a la línea de visión. Los enlaces infrarrojos han sido considerados para uso en redes celulares, pero su uso sigue limitado a aplicaciones punto a punto.
El área de servicio de una celda puede también variar debido a la interferencia de sistemas transmitiendo dentro y alrededor. Esto es así especialmente en sistemas basados en CDMA. El receptor requiere cierto nivel de señal/ruido. Cuando el receptor se aleja del transmisor la señal transmitida se reduce. A medida que la interferencia (riudo) crece sobre la señal recibida y no se puede aumentar más el nivel en el transmisor, ésta se corrompe y eventualmente inusable. En los sistemas basados en CDMA el efecto de la interferencia de otro transmisor móvil en la misma celda es muy marcado y tiene un nombre especial, respiro de celda.
Para ver ejemplos reales de coberturas de celdas pueden buscarse mapas provistos por operadores reales en sus sitios webs; en ciertos casos pueden marcar el sitio de los transmisores, en otros se pueden notar los puntos más fuertes de cobertura.

Ejemplos de cobertura:
Operadoras en conjunto: http://opensignal.com/ 















































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