Por: Horacio D. VPor: Horacio D. Vallejoallejo

TELEFONIA

CELULAREn la actualidad, es muy común encontrarse con personas que hablanpor teléfono desde un aparato celular en el supermercado, en un es-tadio o caminando por la calle. El sistema que posibilita estas trans-misiones se ha popularizado en Argentina hace menos de una déca-da y tiene sus orígenes en el sistema móvil que ya se usaba en los Es-tados Unidos en 1921. Esta nota es el resultado del estudio de variosartículos publicados en diferentes revistas especializadas y de la bi-bliografía entregada por las empresas proveedoras del servicio detelefonía celular en nuestro país. Para una mejor comprensión del te-ma, comenzaremos por analizar el sistema tradicional que derivó enlo que hoy es la red telefónica celular y daremos datos cronológicossobre el avance de este tipo de comunicaciones.

COMO FUNCIONAN LAS COMUNICACIONES

CON LOS TELEFONOS CELULARES

Red de Telefonía Celular

1) Introducción

En la década del 70 comenzó aemplearse el sistema IMTS en losEstados Unidos de Norte América,que permitía la comunicación en-tre abonados movilizados a bordode diferentes automóviles, quienestambién podían establecer comu-nicación entre abonados fijos dela red telfónica convencional (contendido de cables).

Para una mejor definiciónITMS significa "Sistema de telefo-nía móvil mejorado" y es bastantesimilar al sistema de telefonía ce-lular que hoy es ampliamente uti-lizado tanto en nuestro país comoen el resto del mundo.

Para una mejor compren-sión, comenzaremos la expli-cación con el sistema de tele-fonía móvil que era empleadohace unos años para estable-cer comunicaciones entre abo-nados que poseían sus teléfo-nos en vehículos.

En el sistema de telefoníafija se necesita un par de "hi-los conductores" para conectar elteléfono al sistema.

El patrón IMTS es similar, perose utiliza un par de canales de ra-dio para interconectar un terminalmóvil a una red de telefonía mó-vil. Este patrón se fue adoptandoa las necesidades de la época yen principio tenía las siguientescaracterísticas:

- se instalaba un transmisorpotente en el centro del área a cu-bir, figura 1, en un lugar lo más

alto posible para que la señaltransmitida superase el ruido am-biental.

- cada canal tenía una poten-cia irradiada alrededor de 200W,que alcanzaba una distancia dehasta 40 km y un número limita-do de canales. La cantidad deabonados por canal estaba entre25 y 50.

La cuestión es que cada abo-nado contaba con un canal cons-tante para la transmisión y otropara la recepción. A pesar de es-to, el sistema completo estaba for-mado por algo más de 20 canalesy tenía una capacidad máxima delorden de los 1.000 usuarios y ser-vía a los propósitos por un tiem-

po razonable. En este sistema to-dos los usuarios se comunicancon la red telefónica fija o entre sípor intermedio de una EstaciónBase de radiofrecuencia (EBRF oERB), que tolera todos los equi-pos de radio, transmisión y con-trol.

La altura de la torre debe serconsiderable, para que la señal al-cance la mayor distancia posible ytape los ruidos de fondo que pu-dieran interferir mientras el usua-rio recepciona la señal.

Como la potencia de transmi-sión también es alta, se necesitanequipos especiales. El abonado,mejor dicho, el telefono móvil tie-ne su transmisor/receptor alojadodentro del vehículo, que tambiénposee alta potencia en las señalesde transmisión, lo que exige equi-po relativamente grande. La EBRFrecibe la señal proveniente del te-léfono móvil, decodifica esa señaly la vuelve a pasar a la central te-lefónica, así completa la conexióny queda como intermediaria entrelos abonados.

Por otra parte, la potencia ele-vada en el transmisor del abona-do hace que la fuente de radia-ción sea altamente perjudicial,

porque el teléfono se colocajunto al oído. Al principio lasconexiones telefónicas caíancon mucha frecuencia con eldesplazamiento del abonadode una área hacia otra.El sistema tiene su área de co-bertura directamente relacio-nada con la potencia irradiadapor las antenas y la altura de

la antena fija. En una área conmuchos edificios altos, la calidadde la señal queda muy compro-metida. Y en una región con po-cos edificios altos y topografía sinaccidentes, la señal llega con cali-dad aceptable.

Por lo tanto, es necesario crearuna Zona de Seguridad, tal comose muestra en la figura 2, la cualse ubica entre varios sistemas im-plantados que reutilizan las fre-cuencias disponibles en la faja.Esto se hace necesario para evitar

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interferencias entre las mis-mas frecuencias de dos sis-temas que cubran una mis-ma área.

A pesar de las zonas deprotección, solían ser muyfrecuentes las interferenciasde canales entre las Esta-ciones Móviles (EMs) queestaban muy próximas.

Debe tener encuenta que a partir dela década del 80 lademanda de este tipode servicio aumentabadía a día y no habíasuficiente número decanales disponibles,razón por la cual secomenzó a pensar endiferentes alternativasque derivaron en elsistema celular actual.

Tenga en cuentaque al comienzo en una extensaárea de cobertura, se deben insta-lar varios transmisores para posi-bilitar el desplazamiento de abo-nados y aumentar el número deusuarios. Todos esos transmisoresdeben estar sincronizados paraque no haya degradación de señal(vea la figura 3), pero esto no re-suelve el problema del número li-mitado de usuarios en el área decobertura, con lo cual también re-sulta limitado el número de quie-nes sacan beneficios del sistema.

2) Algunas Consideraciones

Si bien el entendido en elec-trónica posee nociones básicas detelfonía, damos a continuación al-gunas apreciaciones que nos per-

mitirán abordar el tema objeto deesta nota con mayor comodidad.Como primera medida, daremosun listado "cronológico" sobre có-mo se fueron sucediendo los dife-rentes eventos que hicieron a lascomunicaciones por RF:

2.1) Cronología sobre las Comunicaciones por RF1921 - El Departamento de Po-

licía de Detroit transmitie órdenesa los policías mientras conducenlos patrulleros.

1932 - La Policía Civil de laciudad de Nueva York adopta lamisma técnica que opera en labanda de onda corta de 2MHz.

1933 - La Comisión Federal deComunicaciones de los EstadosUnidos autoriza la utilización de 4canales en la banda de 30MHz a

40MHz, en forma experimen-tal.1945 - La empresa Bell desa-rrolla osciladores que alcan-zan la banda de los 150MHz,frecuencia muy elevada parala época, y propone aplicarlaen la telefonía móvil.1946 - La empresa Bell em-prende un servicio comercial

de telefonía móvil enla banda de 35MHz yotro en la de 150MHz,este último con inter-valo de 60kHz entrecanales, con 6 canalesde voz liberados parauso comercial.1947 - Se inaugura unSistema de TelefoníaMóvil a lo largo de laruta Nueva York-Bos-ton, que opera en labanda de 35MHz a

44MHz. El método empleado erael "Simplex Push-to-Talk" y unatelefonista lo auxiliaba, con unprocedimiento poco utilizado porel asistente de teléfono común.Además el abonado tenía queconseguir una vía (canal) desocu-pada, antes de solicitar su llama-da. Pese a los inconvenientes pre-sentados, la demanda por este ti-po de servicio era muy grande yla poca oferta originaba una largalista de espera de los que preten-dían usarlo. El sistema era senci-llo, el abonado debía solicitar uncanal a la operadora para que sehaga la comunicación. Establecidoel contacto, cada abonado podíahablar a su debido tiempo dadoque se empleaba una sola porta-dora, de ahí que cada vez que unabonado terminaba la oración empleaba el término "cambio"

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que le indicaba al abonado remo-to que podía oprimir su botóndel micrófono para empezar a hablar.

1955 - Se crean nuevas técni-cas y los circuitos electrónicos yapermiten la incorporación de nue-vos canales de transmisión dentrode los ya existenes. Así, de 6 ca-nales originales, se incorporanotros 5 canales, con intervalos de30kHz entre unos y otros.

1956 - La técnica anterior seaplica en la banda de los 450MHzy el gobierno norteamericano au-toriza la creación de 12 canales enese sistema .

1964 - Se crea una nueva téc-nica, denominada de M J, en laque se permite el mejor aprove-chamiento del uso de los canalesexistentes y ya no se utiliza másel Push-to-Tolk (tener que apretarun botón para poder hablar), aho-ra el usuario puede entablar unacomunicación sin pausa.

1969 - Extienden la automatiza-ción hasta la banda de los450MHz (MTS o Mobile Telepho-ne Service), bautizado como siste-ma M K. Estos dos sistemas, el MJy el MK, fueron los precursoresdel IMTS (Improved Mobile Telep-hone System), estandarizaciónadoptada hasta que surge el mo-delo AMPS.

Presionado por el mercado y,lógicamente, por las empresasoperadoras, el gobiernonorteamericano pega unsalto al vacío y libera labanda de los 75MHz en lasoperaciones de la telefoníafija, y la banda de los40MHz en las operacionesde telefonía móvil.

1971 - La Bell acepta el

desafío y presenta un trabajo quedemuestra que puede lograrlo.

1974 - La FCC (Comisión Fede-ral de Comunicaciones de los Es-tados Unidos) reglamenta la ope-ratividad de la banda, con peque-ñas alteraciones.

1975 - La empresa Illinois Bellrecibe autorización para operar elsistema recién adoptado.

1983 - Nace el sistema AMPS(Advanced Mobile Phone Service),con la implementación, en la ciu-dad de Chicago, del Sistema Celu-lar, complemetamente diferente atodo lo desarrollado hasta enton-ces.

2.2) TrunkingSe llama "trunking" un conjun-

to de varios canales combinados,que ofrece automáticamente la es-tación móvil de cualquier canalque esté libre, para que origine oreciba llamadas. Con esta técnicase aprovechó mucho mejor el es-pectro de frecuencias y así au-mentó la eficiencia del tráfico te-lefónico. El sistema funcionó bienen la década del setenta, tras laconstrucción de sintetizadores defrecuencia que sintonizaban variasfrecuencias al mismo tiempo.

2.3) Sistema Móvil CelularEn enero de 1997, había apro-

ximadamente 150 millones deabonados en telefonía celular en

el mundo y se calcula que para elinicio del próximo siglo habránunos 500 millones en todo el pla-neta.

Con el surgimiento de la tele-fonía móvil celular se amplió con-siderablemente el número deusuarios, debido al tipo de técnicausada que ha permitido que la te-lefonía móvil se convierta en unproducto de gran consumo. Comoconsecuencia del avance tecnoló-gico, los aparatos celulares soncada día más pequeños y livianos,al mismo tiempo que mejoran losequipos y rinden más las baterías,son más baratos y tienen más au-tonomía de uso, sin contar queofrecen los mismos tipos de servi-cios que la telefonía fija. Y algomás, se sabe que es mucho másfácil y barato implantar un sistemade telefonía celular que un siste-ma de telefonía fija tradicional, re-sulta más rápida y el usuario veincrementados los beneficios.

La solución para todos los pro-blemas presentados en el sistemamóvil convencional residen en lacreación estructural de las celdas,que contienen transceptores queoperan en potencia baja, en queposeen frecuencias distintas yconsiguen capturar la señal de unabonado que esté dentro de suradio de acción. Surgió entoncesel SMC (Sistema Móvil Celular),en el que son distribuidas celdas

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que contienen, cada una, unequipo de radio transmisor/re-ceptor denominado EBRF (Es-tación Base de Radiofrecuen-cia), tal como se observa en lafigura 4.

2.4) CeldasUna celda es una área de-

terminada que recibe la cober-tura de una EBRF y que man-tiene la calidad de transmisióny recepción dentro de los es-tándares establecidos por elsistema.

Para entender mejor el tema,imaginemos que el terreno querodea la antena de la EBRF es to-do plano y que no hay obstáculoalguno, el área abarcada por eltransmisor será circular (figura 5).

Sin embargo, en la práctica, noes así, porque tenemos edificos,desniveles, árboles, etc. y la situa-ción se presenta diferente. Apare-cen regiones donde la EM (Esta-ción Móvil) no consigue captarla señal proveniente de la EBRF,llamadas Regiones de Sombra (fi-gura 6).

Como representación gráfica seadoptó el formato de un hexágo-no y los hexágonos agrupadosuno al lado del otro tal como po-demos observar en la figura 7.

Existen celdas sectorizadas. Eneste tipo de celda, las antenas semontan de tal forma que tengan 3sectores de actuación, o sea, la to-rre posee 3 grupos de antenas,cada una cubre 120 grados. En lafigura 8 se describe la direcciónde cada grupo de antenas.

De esta forma, un grupo de

antenas será responsable porel primer grupo de canales,otro lo será por el segundo yel último por el tercer grupode canales, queda la EBRF co-mo responsable por 3 sectores(figura 9). Pero no siemprefunciona de esa forma, puedeocurrir que se quiera cubrirsolamente una determinadaárea, ahí se utilizará, porejemplo, un solo sector. Paracubrir una ciudad, por ejem-plo, se aglomeran varias cel-das.

2.5) ClusterLa cantidad total de los canales

que la banda de frecuencias re-quiere se distribuye entre variasceldas.

(Continúa en página 73)

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A ese aglomerado de cel-das se le da el nombre decluster, que puede ser dedistintos tipos o patrones dereutilización, a saber: K = 3(figura 10), K = 4 (figura 11),K = 7 (figura 12), etc.

2.6) Hand-offTérmino usado cuando el

canal de voz de una EM esdesviado hacia otro canal,mientras dura el movimientode esa EM, efecto controladopor la CCC. Esto ocurre enel momento en que hay de-gradación en la señal envia-da por la EM a EBRF, en lassiguientes situaciones:

1 - Cuando la EM sale delos límites de la celda/sector,o la señal queda debajo dela CCC, como constantemen-te está midiendo esa señal,conmuta la EM hacia otrocanal perteneciente a la nuevacelda/sector, con niveles más altospara la comunicación.

En esta situación el hand-offpuede ocurrir entre sectores (figu-ra 13), entre células (figura 14) yentre sistemas (figura 15).

2 - Cuando hay degradación

en la RSR (Relación Señal/Ruido);o sea: el ruido continuo en el ca-nal de voz es mayor que la señalde referencia emitida.

2.7) RoamingTérmino que significa despla-

zarse e indica la utilización de una

llamada telefónica celular mó-vil, en una CCC que no es laoriginal del abonado celularmóvil.En otras palabras, es cuandoun abonado móvil utiliza unaCCC que no es la propia, enla que está debidamente regis-trado para efectuar y para re-cibir una llamada telefónica.Es como si el abonado alqui-lara un canal de la CCC visita-da y se lo llama "visitante". LaCCC visitada recibirá el anun-cio de llegada del visitante através del roaming automático;es decir: el aparato celularmanda una señal hacia la CCCde alquiler y ésta le devuelve,a través del canal de control,la identificación del área visi-tada y en el display del ROAMaparece el mensaje.Ya reconocido el visitante, alsolicitar o recibir una llamada,

la CCC visitada entra en contactocon la CCC de registro del abona-do (figura 16) y obtiene su archivode abonado, que contiene informa-ciones personales, como ESN(Electronic Serial Number), elnúmero de serie del aparato celu-lar, que fue grabado por el fabri-

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cante, la categoría del abona-do, etc. Ese reconocimiento sehace con el número telefónicodel visitante, y las dos CCCson conectadas mediante uncanal apropiado para el inter-cambio de informaciones.

2.7.1) Roamingno automáticoHay regiones donde la va-

lidez del roaming debe hacer-se manualmente, esto es: elabonado debe entrar en con-tacto con la central de aten-ción celular de la compañíatelefónica local y solicitar una pre-autorización.

2.7.2) Roaming nacionalSi el visitante, por ejemplo,

oriundo de Buenos Aires está enCórdoba y desea hacer una comu-nicación local en esta ciudad, ne-cesita antes discar el código DDDde esta localidad, tal como loharía un DDD en Buenos Airesque también debiera discar elDDD antes.

3) El Sistema Móvil Celular

Un sistema móvil celular(SMC) básicamente está formadopor 3 partes:

Estación Base de Radiofrecuen-cia (EBRF),

Central de Conmutación yControl (CCC) y

Estación Móvil (EM.El SMC y las conexiones se

muestran en la figura 17.

3.1) La EBRFEs una interface entre la CCC y

las EMs; sus funciones básicasson:

- para datos: convierte la seña-lización propietaria que la une aCCC en el protocolo AMPS entreEBRF y EMs.

- para voz: convierte las seña-

les digitalizadas de voz que transi-tan en los enlaces entre CCC yEBRF, en señales analógicas parala transmisión FM entre EBRF yEMs.

- para supervisión de canal deradio: monitorea los canales devoz en conversación para compa-rar la intensidad RF de la señal yla RSR de la señal de voz, que in-dica a la CCC cuando los valoresmedidos están fuera de las especi-ficaciones, para que ésta apliquelos procedimientos de Handoff.

La EBRF, figura 18, puede co-nectarse a la CCC en forma analó-gica o digital. Si es conectada en

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forma analógica, los datos se trans-miten vía MODEM a una velocidadde hasta 9,6kbit/s, consideradamuy lenta; por lo tanto, la preferi-da es la forma digital, que consi-gue transmitir a una tasa de 64kbps (64.000 bits por segundo). Lacantidad de canales de voz quepuede tener una EBRF varía con-forme el modelo, pero tienen unamedia de 128 canales de voz.

Las EBRFs generalmente se ins-talan en lugares altos dentro delcentro geométrico del área a cu-brir, en montañas si es zona rural,con su potencia de transmisióncontrolada para que no interfieranlas celdas vecinas. Las celdas deuna misma EBRF trabajan con fre-cuencias de transmisión diferentesy el agregado de grupos de celdasse hace de forma que nunca hayacoincidencia de frecuencia en laproximidad.

Todas las EBRFs tienen suscontroladoras (CSC). Su funciónes recibir los datos y la voz de lasunidades de canales y enviarlos ala CCC, a través de un enlace ex-clusivo EBRF - CCC.

En dirección opuesta, recibelos datos y la voz de la CCC a tra-vés de un enlace de comunica-ción CCC - EBRF y los envía haciala unidad del canal o control co-rrespondiente.

3.2) Central de conmutación y control (CCC)La CCC es una central telefóni-

ca automática del tipo CPA (cen-tral de programa almacenado),que tiene las mismas funcionesque una central de la red fija, pe-ro con software apropiado paraSMC. Como se trata de una cen-tral telefónica que tiene que mo-nitorear las EMs, que se desplazanentre las celdas, controlar susEBRFs y hacer todo el procesa-miento de las informaciones, con-tiene equipamiento adicional. UnaCCC ejecuta muchas funcionesademás de las conexiones telefó-nicas:

- administración de todo el sistema- análisis estadístico del tráfico

telefónico- habilitación de servicio y tari-

fación- supervisión de las EBRFs y de los

canales de radio correspondientes- testeo y localización de fallas

en el sistema- análisis de los datos de las

EMs y cntrol de funciones

La CCC se comunica con lasEBRFs por líneas telefónicas o lí-neas de datos privados, en que seemplean canales de PCM (Modu-lación por Código de Pulso), fi-

bras ópticas o radiofrecuencia digi-tales. Vea en la figura 19 un esque-ma simplificado del enlace CCC -EBRF donde:

GCR - Grupo de Canales de Ra-dio (voz y control)

CSC - Controladora de EBRFID - Interface Digital

La CCC mantiene una constantecomunicación con los componentesdel sistema; en el caso de los datosesto sucede en los siguientes casos:

a) Cuando la CCC origina unmensaje para una EM que será en-viado en el canal de control o en elcanal de voz.

b) Cuando la CCC recibe unmensaje de la EM.

c) Cuando la CCC recibe un pe-dido de la EBRF como, por ejem-plo, un pedido de "handoff".

d ) Cuando la CCC envía unmensaje hacia la EBRF como, porejemplo, pedido de los resultadosde las mediciones en un procesode handoff.

e ) Cuando la CCC recibe unmensaje de alarma debido a una fa-lla en la parte de radio.

f) Cuando un alarma externo seactiva, por la acción de un intrusoen la EBRF, incendio, etc. (por lotanto, aquí va un aviso para quienintente penetrar una EBRF, sin invi-

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tación: el dispositivo detecta la pre-sencia de persona no grata, disparala alarma en la CCC e, inmediata-mente, se acciona la seguridad).

g) Cuando alguna rutina de ma-nutención deba ejecutarse, comopor ejemplo, testeo de los procesa-dores, carga de las unidades de ca-nal a partir del bando de memoriaen la CCC, etc.

3.3) Estación móvil (EM)La EM es el usuario con la co-

rrespondiente terminal móvil (telé-fono celular), terminal ésta que estáformada por un transceptor, unaunidad de control y una antena.Actualmente existe infinidad de mo-delos en el mercado, con variasfunciones incorporadas. Sin embar-go, existen algunas funciones queson comunes a todos los aparatos,a saber:

- teclado para escritura del nú-mero a llamar y acceso a las fun-ciones de servicios especiales

- discado con el auricular en laposición de reposo

- discado abreviado- rediscado del último número

llamado- autobloqueo, se trata de una lla-

ve o código que impide el uso del apa-rato por personas no autorizadas, amenos que se ingrese una seña

- los dígitos tecleados aparecenen el visor

- visor que indique las funciones:

out of service (fuera de servicio)roamer (inspección)in use (en uso)lock (indica que el aparato está bloqueado)

Y existen las funciones optati-vas:

- parlante externo- capacidad de enviar dígitos durante una conversación- modo "manos libres"- indicación de tiempo transcu-rrido- indicación del número llama-dor- extensión hasta el otro asiento del vehículo- modo scrambler para desemba-rullar las señales de voz.Las EMs son de estos tipos: por-

tátil, vehicular o transportable.El tipo vehicular de EM se usa

exclusivamente en vehículos, suformato y peso son apropiados pa-ra esto, y por el momento es impo-sible su utilización en otros casos,porque la potencia que irradia estáalrededor de los 3W. Tiene un al-cance mayor que el del portátil yalgunos accesorios que facilitan lavida del usuario.

Por su pequeña dimensión y pe-so reducido el equipo portátil esapropiado para llevar en bolsos opuesto a la cintura del usuario. Suautonomía es de algunas horas ydebe recargase la batería en cuanto

la señal debilitada se presente en elaparato.

4) Establecimiento de una Comunicación

A partir del momento en que unabonado móvil establece una co-municación con un abonado fijo, laconversación será transmitida víaradio entre la EM y la EBRF máspróxima. Luego la llamada se en-camina hacia una CCC y desde allíhacia una RTPC (Red TelefónicaPública de Conmutación), desde laque es llamado el abonado fijo, fi-gura 20.

Debido al desplazamiento de lasEMs, surgen algunos defectos den-tro del área de cobertura del siste-ma. Es evidente que la antena delequipo móvil queda a una altura deaproximadamente 1,5 m del suelo yque muchos obstáculos se cruzanen el trayecto de la onda que co-necta la EM y la EBRF. La compre-sión de la onda portadora tiene 33cm por vuelta, medida bastante me-nor que la de los obstáculos conque al chocar en el camino, produ-ce ondas reflejas. Además con elmovimiento constante de la EM, lavariación de la señal es muy acen-tuada.

Hasta aquí una breve descrip-ción sobre el funcionamiento de latelefonía celular con un detalle delos equipos involucrados y las fre-cuencias en que operan. En futurosartículos describiremos en detalle elfuncionamineto de las diferentesbandas (A = analógica, B = digital))y los planos de numeración estable-cidos para las diferentes localidadesy empresas proveedoras del servi-cio. ✪

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