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PROSPECTIVA
ISSN: 1692-8261
Universidad Autónoma del Caribe
Colombia
Santiago Chinchilla, Enrique Javier
Aplicación de la Fibra Óptica en las comunicaciones móviles celulares
PROSPECTIVA, vol. 4, núm. 1, enero-junio, 2006, pp. 15-18
Universidad Autónoma del Caribe
Disponible en: http://www.redalyc.org/articulo.oa?id=496251107003
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Aplicación de la Fibra Óptica en las comunicacionesmóviles celulares
Por: Ing. Esp. *Enrique Javier Santiago
ABSTRACTRESUMEN
El propósito de este trabajo es identificar que aplicación tiene lafibra óptica sobre la infraestructura de las redes móviles celulares,los tipos de fibra empleados, al igual que las situaciones que hanllevado a las empresas de comunicaciones móviles celulares areemplazar los enlaces de radio de edge entre las BTS y losBSe por fibra óptica. Se pretende presentar las ventajas querepresenta el uso de fibra óptica como soporte a lascomunicaciones móviles celulares sobre los enlaces de RF.
PALABRAS CLAVES
Fibra Óptica, redes móviles, Radio Enlaces, Edge, BTS, BSe,RF.
The purpose of this work is to identifythat application has the optical fiber onthe infrastructure of the cellular mobilenetworks, the used types of fiber andIike the situations that have taken to thecompanies of cellular mobilecommunications to replace the radioIinks of edge between the BTS and theBSe by optical fiber. This document istried to presentldisplay the advantagesthat the optical fiber use represents asit has supported to the cellular mobilenetworks on the RF connections.
KEYWORDS
optical fiber, movil nets, radio, edge,BTS, BSe, RF
l. Introducción
El término comunicaciones móviles describe cualquierenlace de radiocomunicación entre dos terminales enlos que uno de ellos es susceptible de desplazarselibremente mientras que el otro es fijo
Las telecomunicaciones han evolucionando hacia redesde comunicaciones personales, cuyo objetivo es ladisponibilidad de servicios de telecomunicaciones encualquier momento, en cualquier lugar y a cualquierpersona con un solo número de identificación y unterminal portátil.
Básicamente los sistemas de telefonía celular son unaforma de dar servicio a los teléfonos móviles. Un teléfonocelular es básicamente un "walkie-talkie" bidireccionalque funciona como un teléfono; con un teléfono celular"se puede hablar y escuchar al mismo tiempo".
En una red de telefonía móvil celular cada unidad(teléfono) está conectada mediante un enlace de radioa una Estación Base (BTS), que a la vez se conecta a
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una controladora de estación base (BSe) quien a suvez está interconectada a un centro de conmutaciónmóvil MTSO (p.e: MSe para GSM) el cual después derealizar algunas tareas AAA (Authentication,Authorization and Accounting) se conecta finalmente conla red telefónica pública (PSTN) o con la red celular deotro operador[2].
A diferencia de otros sistemas de comunicacionesbasados en RF, el sistema celular en vez de utilizar unagran Estación Base cubriendo una gran área, cada BTScubre un área limitada, de esta característica provienesu nombre.
Por su parte la fibra óptica hoy día cumple un papelfundamental en las comunicaciones celulares ya queesta soporta todo el tráfico de abonados al igual que eltráfico de control generado por los componentes activosde la red y que garantizan las comunicaciones.
Actualmente los operadores solo están confiando a lasseñales RF el acceso de los abonados a la red celularya que esta es la única manera de brindarles movilidada los mismos.
Este trabajo está organizado de la siguiente manera:En la sección 11 se presenta la estructura básica deuna red móvil celular y la aplicación de la fibra ópticasobre esta. En la tercera sección los tipos de fibraempleados en estos enlaces y las ventajas querepresenta el uso de la fibra óptica sobre las redesde telefonía móvil celular. En la cuarta sección, lasconclusiones.
11. Estructura de la red de telefonía móvil celular
En el sistema celular, cada celda tiene su propiaantena y usa una serie de canales que tieneasignados, de manera que si el teléfono se mueve ycambia de celda, la conexión pasa a una EstaciónBase (BTS) adyacente, y permite la movilidad de losteléfonos a lo largo de toda la red.
El tamaño de las celdas varía de un sistema a otro, yde un lugar a otro.
Cuanto más pequeño es el tamaño de la celda másusuarios pueden estar conectados a la red, menor esla potencia que es necesaria para alcanzar la EstaciónBase, y las baterías pueden ser más pequeñas yligeras.
Desafortunadamente usar celdas más pequeñassignifica mayor número de ellas, situación queincrementa los costos de instalación, y en algúnmomento podría llegar a plantear mayores problemasde cobertura en lugares alejados de las grandes áreasurbanas.
La infraestructura de una red de telefonía móvil celularestá compuesta por los siguientes elementos:
• La unidad Móvil como tal, que se comunica con laBase Transceiver Station a través de RF. Estasunidades utilizan antenas omnidireccionales conniveles de sensibilidad adecuados que garantizan lacorrecta detección de la portadora electromagnéticalogrando una buena recepción. Podría afirmarse queen efecto la movilidad de los usuarios de la red celulardepende específicamente del uso de señales de radio.
Las Base Transceiver Stations, que brindan serviciosa los abonados móviles a través de RF usandoantenas omnidireccionales o antenas sectorizadasformando las llamadas celdas de cobertura y queenvían y reciben el tráfico de usuario y de control delas comunicaciones generalmente a través deinterfaces de radio que usan antenas directivas conlínea de vista hacia los BSC.
HaclaelMTSO
ese /'""'-...../ Enlace de Fibra O¡::tice
. El Base Station Controller (BSC) recibe informaciónde los teléfonos móviles a través de las BTS usando suinterfase RF principalmente, esta información es enviada hacia el MTSO a través de un enlace de fibra ópticao de cualquier otro medio guiado para garantizar la estabilidad de las comunicaciones entre estos dos puntosde forma confiable. Usando técnicas de modulación elBSC pone sobre una portadora todas las llamadas y losdatos de control para enviarlos al MTSO.
La función principal del BSC es controlar el comportamiento de las BTS, incluso podría afirmarse que las BTSson en realidad estaciones brutas que solo sirven paraextender el área de cobertura de la red.
. El Mobile Telecomunication Switching Oficce (MTSO)efectúa todas las funciones necesarias en el procesode llamada y es el cerebro de la red; mantiene los datosde los clientes, direcciona las llamadas, la informaciónpara el cobro...Otra de las funciones importantes es la de enviar y recibir trafico entre la red celular y la PSTN de modo que sepueda enlazar la llamada con cualquier parte del mundo.
El backbone de las redes de telefonía móvil generalmente esta construido sobre ATM (modo de transferencia asíncrono) /SONET (red optica sincronica) o SDH,La conectividad incluyen el uso de Add/Drop Multiplexers(ADM) y de puertos OC-N (1-48) o STM -N.
Las Comunicaciones entre el BSC y el MTSO inclusoen las redes móviles de primera generación (p.e: AMPSnorma IS-41) que no requerían una gran capacidad decanal debido a que básicamente el objetivo de estasera brindar el servicio de voz, terminaron por emplearmedios físicos guiados ya que a pesar de la rapidez yfacilidad de instalación de los enlaces de radio, los primeros presentan un mayor grado de confiabilidad sobre los enlaces inalámbricos[1].
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El creciente número de servicios brindados que ha llegado a soportarse a través de las redes de telefoníamóvil celular, han favorecido en gran manera el crecimiento geográfico y tecnológico de estas empresas a lavez que ha elevado el grado de satisfacción de los usuarios finales hasta el punto en el que hoy en día las redesde 3ra generación (p.e: NTI-Docomo en Japón) soncapaces de soportar video conferencias entre terminales móviles con velocidades de 384kbps a 80 kilómetros por hora hasta 2mbps[3],[4].
Incluso a partir de la década de los 90's las denominadas redes de 2G ya estaban prestando servicios decarrier a usuarios corporativos.
Estos nuevos servicios que ya incluyen soporte paramultimedia, telemetría, domótica y robótica distribuidaentre otros exigen mayor estabilidad a la infraestructurade la red móvil al igual que mayor capacidad de canal.Es por esto que los operadores móviles están utilizandotendidos de fibra óptica en la interconexión de sus BSCy sus MTSO, incluso muchos están llegando con fibraóptica directamente a las BTS con el fin de minimizar eincluso llegar a eliminar los efectos de los eventos meteorológicos sobre estos enlaces haciendo mas confiableel backbone de la red móvil celular.
Las redes de telefonía móvil colombianas al igual quelas de algunos otros países son consideradas como redes de generación 2.5, debido a que incluyen tecnologías de conmutación de circuitos de 2da generación (p.e:GSM) y brindan algunos servicios adicionales con enfoques parecidos a los soportados por las redes de 3Gdebido a la implementación del sistema de radio basado en paquetes conocido como (GPRS) que básicamente soporta la conmutación de paquetes brindando acceso básico a los principales servicios IP brindados por laInternet a través del uso del protocolo WAP. Debido ala implementación de GPRS las redes celulares de 2.5Gincluyen 2 componentes adicionales: el SGSN y el GGSNque interconectan el MTSO (MSC para GSM) con la redIP de otros operadores y la Internet. Las conexionesentre los MSC's y los nodos SGSN y GGSN se realizana través de fibra óptica multimodo con perfil de índicegradual si las distancias no son muy grandes y con fibraóptica multimodo para distancias considerables.
11. Tipos de fibra empleado, cable y ventajas del usode fibra óptica en las redes móviles.
Como se ha comentado a lo largo del documento losenlaces entre los MTSO y los BSC hoy en día seimplementan en fibra óptica incluso se esta empleandofibra óptica entre los BSC y los BTS con el fin de contrarrestar algunos efectos no deseados en las comunicaciones sobre RF cuando ocurren eventos meteorológicos e incluso para garantizar la fácil migración de la redhacia nuevas tecnologías que requieren infraestructuras
resistentes en el tiempo y a las adversidades del medioexterior en el backbone.
Obviamente el tipo de fibra óptica usada para estosenlaces es outdoor, el cable de estructura holgada soterrado es muy usado en las redes de algunos operadores a nivel mundial, dicho cable generalmente terminaen un panel de conexión que lleva al equipo a conectar;el numero de fibras que incluye el cable depende delnumero de destinos (BTS/BSC) y del numero de enlaces redundantes o de backup que se quieranimplementar, entre otras cosas.
La fibra dependiendo de la distancia y del ancho de banda requerido (depende de los servicios ofrecidos y de laintensidad del trafico de control) puede ser multimodode índice gradual de 65~m con transmisores: LED/ELEDy receptores: fotodetectores tipo PIN, o monomodo de8-9~m, aunque últimamente se esta empleando fibramonomodo de 8~m con LASER y Fotodetectores deavalancha APD en la mayoría de los enlaces de las redes convergentes (3G y 4G en I+D) sin importar en granmedida las distancias debido a el tipo de multiplexacionempleada (algunos operadores usan WDM) ya sus ventajas sobre la fibra multimodo dentro de las que se incluyen ancho de banda, modo de propagación fotonica,etc. Y al bajo costo de adquisición de este tipo de medio.
En cuanto al cable también se utiliza el cable blindadocon armadura de acero soterrado ya sea de estructuraholgada o ajustada al igual que el cable de fibra ópticade figura en 8 o cable con fiador adosado[6]. El tipo decable depende generalmente de la geografía del terreno sobre el cual se realizara el tendido al igual que laubicación del equipo o de los equipos que han deinterconectarse.
Algunas veces dependiendo de las distancias cubiertasse hace necesario realizar empalmes ya sea mecánicos o por fusión teniendo en cuenta que este ultimoimprime perdidas por empalmes menores a 0.1 dB.
En cuanto a las topologías físicas usadas se puedenincluir punto a punto, Anillo y Estrella principalmente.
A partir del 2004 una gran cantidad de operadores detelefonía móvil celular local y a nivel mundial han avanzado en la sustitución de los enlaces de microondaspropios o alquilados, por el soporte digital que ofrece laFibra Óptica.
Algunas veces en presencia de eventos meteorológicos extremos como huracanes y lluvias intensas, losservicios de paging o de radio búsqueda de las unidades móviles con el fin de determinar su ubicación parael envío de las llamadas y el trunking, se ven un pocoafectados. .
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De la misma manera el trafico de usuario y de controlse ve afectado si las BTS/BSC están interconectados através de radio enlaces direccionales en el evento deque ocurra un terremoto debido a la perdida de L.O.S(línea de vista) o desalineamiento de antenas.
Los enlaces de microondas están propensos a presentar reducción de la capacidad de canal e incluso podrían llegar a presentar intermitencia en las comunicaciones en algunos instantes en el tiempo debido a lasadversidades del clima y a la misma interferencia electromagnética debido a que las portadoras de RF viajansobre el aire y no cuentan con ninguna protección.
Debido a las situaciones planteadas anteriormente, eluso de la fibra óptica en las comunicaciones móviles esuna decisión muy acertada y plantea una gran serie deventajas sobre el uso de enlaces de RF, entre las quese pueden mencionar: la fibra óptica es inmune a la interferencia electromagnética debido a que dicho medioes 100%, inmune a los efectos meteorológicos, soportaun gran ancho de banda (superior a 10Gbps) permitiendo grandes velocidades en las comunicaciones, sirvepara cubrir grandes distancias, es un medio pequeño yfácil de manejar ya que un solo cable puede tener muchísimas fibras, no presenta perdidas de transmisión,no presenta perdidas por efectos Joule (calor), poseealta compatibilidad electromagnética.
Conclusiones
En este articulo se han presentado las principales aplicaciones de la fibra óptica sobre las redes de telefoníamóvil celular dentro de las que se incluyen lainterconectividad de los centros de conmutación móvil
(MSTO) y los controladores de cluster que generalmente son controladores de estaciones base (BSC) al igualque la interconectividad entre estos últimos con las Estaciones base propiamente dichas, todo esto con el finde garantizar la disponibilidad de la red celular ante cualquier cambio meteorológico o comportamiento agresivodel entorno incluyendo interferencias electromagnéticasartificiales.
De igual manera el avance tecnológico que impone laimplementación de nuevos servicios corporativos e individuales que generan alto consumo de recursos y porende alto trafico como las aplicaciones basadas enmultimedios y las mismas exigencias de los usuariosrequieren el uso de medios de transmisión con mayorsoporte de ancho de banda.
También se hace referencia a los tipos de cable y a lostipos de fibra utilizados en los enlaces en el backbone yen el edge de la infraestructura celular tales como lafibras ópticas multimodales y las monomodales de manera que la tendencia apunta al uso de cables de exteriores como los de estructura holgada soterrados parael cableado horizontal, de estructura ajustada para lostramos verticales si se requiere y fibras ópticasmonomodo de 81Jm.
Es importante recalcar que el referido aumento de lautilización de la fibra óptica como soporte de enlace delas estaciones base, representa también un aumentode la capacidad de las redes de telefonía móvil celular aresistir precipitaciones intensas, terremotos de bajaescala (Richter) y huracanes entre otros efectos adversos de la naturaleza que degradan la calidad de las comunicaciones móviles.
Bibliografía
[1] Alberto sendin Escalona. (2004), Fundamentos de los sistemas de comunicaciones móviles.[2] John Wlker, Artech House. (1999), Advances in mobile Information Syster:ns. . , .[3] Cayetano L1uch Mesquida, Telefónica móviles - España. (2000), Comunicaciones movlles de tercerageneración. .[4]3G FOMA, Pioneering 3G Mobile Technology (Feb. 21 2005) ,url: http://www.nttdocomo.com/coreblz/network/3g/index.html. . . , .[5] Tomasi. Sistemas de comunicaciones Electrónicas (1996) Prentlce Hall. Hlspanoamenca.[6] Juan Carlos Gomez, Enlaces de fibras ópticas.
EL AUTOR
Enrique Javier Santiago Chinchilla. * Ingeniero de sistema~, e~pecialista ~n redes de ~omputadoras,
Universidad del norte, estudiante esp. en sistemas de telecomUnicaCiones, estudiante de 1er ano de doctoradoen ingeniería telemática, Universidád de Vigo (España).
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