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UD3. SISTEMAS DE COOMUNICACIONES

OBJETIVOS

OBJETIVOS:

• Identificar los distintos sistemas deradiocomunicaciones y sus elementos

• Describir la estructura de las redes fijas deradiocomunicaciones

• Clasificar los sistemas de radiocomunicacionessegún su tecnología

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SISTEMAS DE RADIODIFUSIÓN

La radiocomunicación consiste en el envío y recepción deinformación entre dos o más puntos utilizando para ello lasondas radioeléctricas, también conocidas como ondas deradio u ondas hertzianas.

El desarrollo de las radiocomunicaciones ha sido uno delos avances tecnológicos más destacables del siglo XX, yha permitido que la sociedad industrial avance hacia lasllamadas sociedad de la información y sociedad delconocimiento. No debemos olvidar que gran parte de lastecnologías de la información y la comunicación (TIC)descansan sobre sistemas de radiocomunicación.


Existen multitud de tecnologías distintas dentro del campode la radiocomunicación. Atendiendo al tipo de servicio quesoportan:• Sistemas de televisión:

– Terrestres:✓ Analógicos: PAL, NTSC, SECAM.✓ Digitales: DVB-T, ATSC, ISDB-T, DMB-T.

– Satélite:✓ Analógicos.✓ Digitales: DVB-S.

• Sistemas de radio:✓ Analógicos: FM, AM, SW, LW.✓ Digitales: DAB.

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• Sistemas de telefonía:– Móvil celular:

✓ Analógica.✓ Digital: GSM, DCS 1800. UMTS, HSDPA.

– Móvil vía radio:✓ Profesional o privada: PMR, TETRA.✓ Acceso público: PAMR.

– Móvil vía satélite.• Sistemas de transmisión de datos y acceso vía radio aservicios fijos:

– Área local: WLAN.– Punto-multipunto: LMDS, WiMAX.– Telefonía Rural de Acceso Celular (TRAC).

SISTEMAS DE RADIO Y TV

Los sistemas de radiodifusión de televisión puedenclasificarse en dos tipos fundamentales:Terrestres: son los sistemas en los que todos loselementos que intervienen se encuentran sobre lasuperficie de la Tierra. La topología más frecuente consisteen una red de centros emisores y repetidores, cada uno delos cuales cubre una zona geográfica. El enlace entre ellosse podrá realizar por visión directa, a través deradioenlaces.

Satélite: son los sistemas en los que la recepción porparte del usuario final se realiza mediante el uso de unsatélite artificial.

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SISTEMAS DE RADIO Y TV TERRESTRE

Dentro de los sistemas de televisión analógica terrestre, podemosdistinguir los siguientes:• PAL (Phase Alternating Line): es el sistema de televisiónanalógica implantado mayoritariamente en Europa. Utiliza canalescon un ancho de banda de 7 MHz en VHF y de 8 MHz en UHF. Laimagen transmitida a través de este sistema presenta una relaciónde aspecto 4:3 y está formada por 625 líneas.

• SECAM: es el sistema de televisión francés desarrollado porThomson. Fue la primera norma de televisión en color definida enEuropa. Su uso se concentró en Francia, la antigua URSS yalgunos países africanos.

• NTSC (National Television System Commitee): es el estándaramericano, creado con anterioridad a los europeos. En estesistema la imagen estaba formada por 525 líneas, de las que 480eran líneas activas.

SISTEMAS DE RADIO Y TV TERRESTRE

Los sistemas más habituales de radio analógica son:

• AM u onda media: también conocido como amplitud modulada,por ser la técnica empleada para modular la señal. Son señales degran alcance en la banda de media frecuencia (MF), ya que soncapaces de seguir la curvatura de la Tierra y reflejarse en laionosfera. Sin embargo, la fidelidad del sonido es muy reducida.

• FM o frecuencia modulada: se transmite en la banda VHF.Gracias a esto, puede disponer de más ancho de banda que lasemisiones de AM, consiguiendo una mayor calidad de sonido y ladifusión simultánea de dos canales (estéreo). En cambio, al utilizarun mecanismo de propagación diferente, su alcance es menor,aunque es menos sensible a los desvanecimientos típicos de lasemisiones AM. Los receptores también requieren de unacomplejidad superior a la de los receptores de AM, que resultabanextremadamente sencillos.

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SISTEMAS DE RADIO Y TV TERRESTREInconvenientes

Las redes de televisión analógica terrestre presentaban una seriede inconvenientes que motivaron el desarrollo de las redesdigitales, como son:

• Número reducido de programas disponibles: las interferenciasentre canales de repetidores cercanos hacían difícil la reutilizaciónde frecuencias. Así, si, por ejemplo, TVE utilizaba el canal 36 en unrepetidor, este canal no podía ser utilizado en ninguno de losrepetidores cercanos. Esto limitaba el número de cadenas deámbito nacional en España a 6-7 programas.• Uso ineficiente del ancho de banda: está relacionadodirectamente con el problema anterior. Cada programa detelevisión analógica terrestre requiere un ancho de banda de entre7 MHz (VHF) y 8 MHz (UHF). El uso de modulaciones digitales yde técnicas de compresión permitiría multiplexar varios canales enese ancho de banda.

SISTEMAS DE RADIO Y TV TERRESTREInconvenientes

• Pocos servicios de valor añadido: el único servicio de valorañadido que se podía ofrecer conjuntamente con la emisión detelevisión era el teletexto.

• Ruido y doble imagen: en la recepción de televisión terrestreanalógica era frecuente en algunas zonas la presencia deanomalías como el ruido (efecto nieve), debido al bajo nivel deseñal, o la doble imagen, debida a que la señal se recibía desdedistintos caminos a causa de reflexiones en obstáculos.

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SISTEMAS DE RADIO Y TV TERRESTREMejoras de la TV Digital Terrestre

La televisión digital terrestre (TDT) aporta mejoras que puedenresumirse como:• Permite incorporar nuevos programas: el uso de las técnicasde compresión MPEG-2 permite reducir el ancho de bandanecesario. Con la TDT, cada canal de 8 MHz puede contener másde 4 canales de TV y varios canales de radio.

• Sonido multicanal con calidad CD: la televisión digital terrestrepermite la emisión simultánea de varios canales de audio de altacalidad. Esto permite, por ejemplo, seleccionar el idioma en el quedeseamos escuchar el programa.

• Mejor calidad de imagen: este es un tema relativo. Por unaparte, la ausencia de nieve y doble imagen dará lugar a que laimagen recibida sea siempre de gran calidad. Como contrapartida,las técnicas de compresión empleadas darán lugar a que enocasiones aparezcan “artefactos” como el pixelado en situacionesen las que la imagen cambia rápidamente.

SISTEMAS DE RADIO Y TV TERRESTREEstándares en TV Digital Terrestre

Distintos estándares en TV Digital Terrestre, dependerá del país:• DVB-T (Digital Video Broadcasting Terrestrial): es el estándarutilizado en Europa, Australia, parte de África y algunos paísesasiáticos. Este sistema se caracteriza por utilizar una modulaciónCOFDM para transmitir los datos, que se comprimen según lanorma MPEG-2 y se multiplexan en canales de 8 MHz de ancho debanda. Uno de sus mayores puntos débiles es pixelado en escenascon gran movimiento o variación debido al exceso de compresión.

• ATSC (Advanced Television System Commitee): es el sistemanorteamericano. Utiliza un ancho de banda por canal de 6 MHz yes capaz de integrar hasta 6 programas simultáneos en cadacanal. La señal de sonido es Dolby AC-3 5.1.

• ISDB-T (Integrated Services Digital Broadcasting): estándarjaponés implantado también en la mayoría de los países deAmérica del Sur. Al igual que ATSC utiliza un ancho de banda porcanal de 6 MHz.

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SISTEMAS DE RADIO Y TV TERRESTREEstándares en Radio Digital DAB

En cuanto a la radio digital, si bien se encuentra definido elestándar DAB (Digital Audio Broadcasting) para su utilización en labanda de VHF, el elevado precio de los receptores está frenandosu desarrollo a gran escala.

DAB proporcionará redes de frecuencia única (SFN, SingleFrequency Network) con calidad de sonido superior al CD.

Las características fundamentales de las estaciones deradiodifusión de radio y televisión serán las siguientes:

• Frecuencia de trabajo:– Radio AM: 540-1.600 kHz.– Radio FM: 87,5-108 MHz.– Televisión digital terrestre: 470-790 MHz.

SISTEMAS DE RADIO Y TV TERRESTREPotencia de transmisión y Antenas

• Potencia de transmisión: desde varios kW en las frecuencias deAM, pasando por los cientos de watios de las emisoras de FMcomercial, hasta llegar a los 5-20 W de un pequeño repetidor deTDT (gap-filler).

• Antenas empleadas: principalmente se utilizarán antenas de tipoYagi, de panel o arrays de dipolos.

Antena de panel

Antena de dipolo

En las antenas de dipolo, los paneles correspondientes a la señalde televisión son los de color rojo, mientras que los blancospertenecen a telefonía móvil celular (GSM).

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SISTEMAS DE RADIO Y TV POR SATÉLITE

Aunque los sistemas de radio y televisión terrestres constituyenuna tecnología sólida y muy desarrollada, no siempre serán lasolución más eficiente o eficaz.

“Pensemos, por ejemplo, en la necesidad de transmitir imágenesentre América y Europa o en la cobertura a usuarios que viven enzonas con una orografía complicada o aislada.”

En estos casos, la utilización de estaciones fijas en la banda deUHF puede implicar un gasto económico desorbitado e incluso unaimposibilidad técnica evidente.

Una solución más eficiente consistirá en el uso de satélites deradiocomunicaciones. Un satélite artificial de comunicaciones esun dispositivo fabricado por el hombre y situado en el espacioexterior de la Tierra con el fin de emplearlo como estaciónrepetidora.


Este satélite dispondrá de varias antenas, encargadas de lacobertura de determinadas zonas de la superficie de la Tierra. Suscaracterísticas fundamentales serán:

• Tamaño y peso reducidos.• Bajo consumo de energía.• Frecuencia de trabajo en el rango de los GHz.• Vida útil limitada. Como ejemplo el Hispasat 1D lanzado en 2002tiene una vida de 15 años

La mayoría de los satélites utilizados para los sistemas de radio ytelevisión por satélite se encuentran situados en la órbitageoestacionaria conocida como Cinturón de Clarke. Esta órbita seencuentra aproximadamente 36.000 km de la superficie de la Tierray está situada sobre el ecuador. La principal característica de estaórbita es que su velocidad de rotación es igual a la de la Tierra, loque hace que los satélites parezcan estáticos desde la superficiede esta.

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Pero el cinturón de Clarke no es la única órbita que puede serutilizada por los satélites artificiales, sino que podemos distinguirprincipalmente las siguientes:

• Satélites de órbita baja (LEO, Low Earth Orbit): reciben estenombre los satélites que se encuentran en una órbita cercana a lasuperficie de la Tierra (menos de 5.000 km).Uno de los ejemplos más destacables es la flota de satélites Iridimque proporcionan cobertura de telefonía móvil vía satélite y quese encuentran situados a una distancia de 750 km de la superficieterrestre.Su periodo de rotación es mucho menor que el de la Tierra, por loque los satélites no permanecen fijos respecto a esta, sino que larodean varias veces al día. El periodo será tanto más pequeñocuanto menor sea la distancia a la Tierra.


• Satélites de órbita media (MEO, Medium Earth Orbit): estossatélites se encuentran situados a una distancia de entre 10.000 y21.000 km, aproximadamente.Su periodo de rotación sigue siendo inferior al de la Tierra, pero essuperior al de los satélites LEO. No se utiliza habitualmente estaórbita para radiodifusión de televisión, estando ocupadaprincipalmente por satélites de posicionamiento. Los satélites delsistema GPS se encuentran en su parte superior, a 20.200 km dela superficie.• Satélites de órbita geoestacionaria (GEO, GeostationaryEarth Orbit): es la que corresponde al cinturón de Clarke.• Satélites de órbita alta (HEO, High Earth Orbit): son satélitessituados a una distancia superior a la de la órbita geoestacionaria.El periodo de rotación es mayor que el de la Tierra, por lo quetardan más de un día en rodearla. Esta órbita está prácticamenteen desuso actualmente, aunque es objeto de investigación yexperimentación.

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SISTEMAS DE RADIO Y TV POR SATÉLITEFrecuencias de trabajo

Las frecuencias utilizadas en las comunicaciones vía satélite sedividen en distintas bandas de frecuencias definidas por la UniónInternacional de Telecomunicaciones (ITU). En el caso de lossatélites geoestacionarios, las bandas empleadas son:

Se puede comprobar cómo en el canal descendente se utilizanfrecuencias más bajas que las utilizadas en el ascendente. Estose debe a que se requiere menos potencia de transmisión en lasfrecuencias bajas que en las altas para conseguir el mismoalcance. La disponibilidad de potencia en el satélite es mucho máslimitada y resulta más cara que en la Tierra, por lo que sereservarán para él las frecuencias más favorables.

SISTEMAS DE RADIO Y TV POR SATÉLITEFrecuencias de trabajo

La mayoría de las emisiones de televisión serealizan en la banda Ku. Cada una de estas bandastendrá distintas ventajas e inconvenientes,destacando entre estos últimos que la banda C es lamás sensible a las interferencias de lasradiocomunicaciones terrestres, mientras que lasemisiones de banda Ka y Ku pueden verse alteradaspor los agentes meteorológicos como la lluvia y lanieve.

Estas bandas se dividirán en canales cuyo ancho debanda estará entre 27 MHz y 72 MHz. Para cadauno de los canales existirá al menos untranspondedor que es el dispositivo encargado derecibir la señal en una frecuencia (canal ascendente)y transmitirla de nuevo en otra frecuencia distinta(canal descendente).

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SISTEMAS DE RADIO Y TV POR SATÉLITECuriosidad

Según la NASA, alrededor de la Tierra orbitan actualmente unos 5.600satélites artificiales (aunque solo 800 están en activo). Realmente,resulta difícil contar con exactitud estos objetos: está claro que ningúnpaís revela el número de satélites espía que tiene orbitando alrededorde la Tierra, y además, muchos de estos objetos han quedadodesorbitados y no se han contabilizado.Desde el lanzamiento del Sputnik en 1957 (primer satélite artificiallanzado) se han enviado al espacio unos 6.000 artefactos, aunque 400de ellos han explotado o han salido de la trayectoria terrestre.

En la actualidad, el país con más satélites en órbita es Rusia, con1.300, Estados Unidos, con 700 y Japón, con 60 satélites. Porcuriosidad, España cuenta con solo cinco satélites en órbita.


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SISTEMAS DE RADIO Y TV POR SATÉLITEHuella del satélite (PIRE)

La representación del nivel de potencia isótropa radiada equivalente (PIRE)sobre la superficie terrestre recibe el nombre de huella del satélite (footprint).El nivel de PIRE determinará el diámetro necesario para la antena parabólicade la señal receptora.

Por ejemplo, el satélite Hispasat 1D, que ofrece servicios de radio y televisiónen Europa y América, contiene 28 transpondedores de banda Ku, con unapotencia de 103,5 W. Esto le permite mantener niveles de PIRE de entre 48 y53 dBW en su huella europea y de 41 a 47 dBW en la americana.

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SISTEMAS DE RADIO Y TV POR SATÉLITEEstación terrestre

La estación terrestre contendrá todos los elementos necesarios para elprocesado y transmisión de la señal satélite. Dada las características de laseñal utilizada, la antena más apropiada es la parabólica.

Esta antena presenta una mayor directividad que las antenas de panel oarrays de dipolos utilizados en los sistemas de radio y televisión terrestre.

Las grandes estaciones terrestres de los operadores de satélites ytelecomunicaciones reciben a veces el nombre de telepuerto.La estación terrestre podrá ser fija o móvil.

SISTEMAS DE RADIO Y TV POR SATÉLITEModulación empleada

Los sistemas de televisión analógicos están cayendo progresivamente endesuso, siendo sustituidos por los sistemas digitales. Estos sistemasempleaban tradicionalmente la modulación en frecuencia (FM).

En el caso de la televisión por satélite el estándar más utilizado es DVB-S(Digital Video Broadcasting by Satellite). DVB-S utiliza la modulación digitalQPSK (Quadrature Phase Shift Keying).

Esta modulación, denominada modulación por desplazamiento de fase encuadratura, consiste en el uso de cuatro símbolos de 2 bits, que seencuentran desplazados entre sí 90º. El desplazamiento se realiza en la fasede la portadora.

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SISTEMAS DE RADIO Y TV POR SATÉLITEModulación empleada

Las emisiones de radio digital por satélite son minoritarias, estando lamayoría de ellas asociadas a los canales de televisión. Pero, además deestas, está definido el estándar DAB (Digital Audio Broadcasting).

Entre sus ventajas podemos destacar una mayor cobertura, el uso de unafrecuencia única (no es necesario resintonizar en los desplazamientos), asícomo la recepción de emisiones de alta fidelidad.

La antena utilizada en los receptores es de tipo omnidireccional. Su grado deimplantación es muy bajo debido al elevado precio que aún presentan losaparatos receptores.

En España, la banda de frecuencias dedicada a la radio digital por satéliteestá comprendida entre las frecuencias de 1.492 MHz y 1.592 MHz.

SISTEMAS FIJOS Y UNIDADES MÓVILES

• Sistemas fijos: son aquellos en los que el centro emisor se encuentrasituado en un lugar determinado y no es posible trasladarlo fácilmente.

Este tipo de sistemas tienen la ventaja de presentar una mayor fiabilidad y unmenor coste de mantenimiento, ya que las infraestructuras y suministros quelos soportan son fijos y no necesitan ser desmontados o trasladadosperiódicamente.

Sin embargo, tienen como inconveniente un muy bajo nivel de flexibilidad.Algunos ejemplos de sistemas fijos son:

– Repetidores de TV terrestre.– Estaciones de satélite.– Centrales de telefonía.– Centros emisores de TV y radio.

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• Unidades móviles: el fin principal de la radiocomunicación es, como supropio nombre indica, permitir la comunicación de información entre dospuntos. Es por ello que, en ocasiones, será necesario que el equipo deradiocomunicaciones se desplace hasta el lugar donde se está produciendo lainformación que se desea comunicar.

Estas unidades móviles se comunicarán habitualmente a través de enlacesvía satélite (feeds) o radioenlaces terrestres en los casos en los que existavisión directa.

• Sistemas transportables: en algunas aplicaciones y servicios, una redestática y fija no es la solución más adecuada ni eficiente. Una de lasprincipales causas que puede motivar esta situación es la existencia de picosde demanda puntuales en determinadas zonas o épocas del año.

“Pensemos, por ejemplo, en la realización de un concierto multitudinario enuna zona habitualmente deshabitada o en el incremento de tráfico de voz quese produce en las poblaciones costeras durante el verano.”


La solución más adecuada en estos casos es trasladar una estación móviltransportable a la zona afectada. En la mayoría de los casos, estas estacionesse encuentran integradas en un camión que aloja en su interior los equipos deradiocomunicaciones y que permite desplegar una torre arriostrada.

Estas unidades irán dotadas de radioenlaces para establecer la comunicacióncon el resto de la red y habitualmente necesitarán de un grupo electrógenoadicional, que suele desplazarse como remolque. En aplicaciones de bajapotencia, las estaciones transportables pueden integrarse en remolques ocontenedores de tamaño compacto, lo que facilita su fácil desplazamiento ymontaje.

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SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL CELULAR

El empleo de las ondas radioeléctricas y de las técnicas dela radiocomunicación en el campo de la telefonía, ha dadolugar a multitud de sistemas de transmisión de voz. Dentrode ellos, podemos distinguir sobre todo dos grandesgrupos:• Sistemas de telefonía móvil celular: son los sistemasmás similares al sistema de telefonía fija. Permiten lacomunicación entre cualquier usuario abonado al sistema,marcando un número de teléfono. A este grupo pertenecensistemas como TMA, GSM, UMTS.

• Sistemas de telefonía móvil privada, profesional otrunking: son sistemas más orientados a grupos (flotas detransporte, taxis, cuerpos de seguridad,…). Dentro de estegrupo tenemos sistemas como TETRA, PMR/ PAMR. Latelefonía móvil celular recibe su nombre de la topología queadquiere su red. Cada estación de telefonía cubrirá un áreageográfica denominada celda o célula.

SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL CELULARGeneraciones

1G: PRIMERA GENERACIÓN (TACS) Los primeros sistemas de telefoníamóvil automática (TMA) aparecen en la década de 1980. Se trata determinales analógicos que operan inicialmente en la banda de 450 MHz,evolucionando hasta trasladarse a la banda de 900 MHz.

En España se adoptó el estándar TACS (Total Access CommunicationSystem), Entre sus ventajas destaca:- Mayor alcance frente a los sistemas digitales, lo que facilitaba su uso en

entornos rurales.- Como contrapartida, es un sistema completamente analógico que no

soporta mensajería de texto o transmisión de datos.- Al no utilizar ningún tipo de encriptado de la transmisión, las llamadas

podían ser interceptadas con relativa facilidad.

- Este servicio fue prestado en España por la operadora Moviline hasta elaño 2003, en el que fue completamente sustituido por el sistema GSM.

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2G: SEGUNDA GENERACIÓN (GSM Y DCS) Esta segunda generación fue laque consiguió la implantación de la telefonía móvil entre el gran público.Inicialmente, ocupó la banda de frecuencia de entre 890 MHz y 915 MHzPosteriormente, se amplió con la banda E-GSM (GSM extendido).

Para el sistema GSM también es posible utilizar la banda que emplea lasfrecuencias entre 1.710 MHz y 1.785 MHz (uplink) y 1.805 MHz a 1.880 MHz(downlink). Las señales de la banda de 1800 MHz tienen un alcance menorque las de la banda de 900 MHz..

“Es importante recordar que en telefonía móvil consideramos canal ascendente(uplink) al que utilizamos para enviar datos desde el terminal móvil hacia lared, mientras que el canal descendente (downlink) es el empleado para recibirdatos en el terminal móvil. Es decir, establecemos el sentido de lacomunicación “mirando” desde el terminal hacia la red.”


2.5G: TRANSMISIÓN DE DATOS SOBRE GSM (GPRS Y EDGE) Una vezimplantado el sistema GSM se plantea la necesidad de ofrecer un mejorservicio de datos en movilidad. Con este objetivo nace el sistema GPRS(General Packet Radio Service), o servicio general de paquetes vía radio.

Este sistema permite transmisión de datos con velocidades típicas de 54 kbit/s,además de servicios adicionales como SMS (Short Message Service), MMS(Multimedia Message Service) y, sobre todo, WAP (Wireless Access Protocol).

La tarificación del tráfico de datos se realiza por volumen. Una versiónavanzada de este sistema es el EGPRS (Enhanced GPRS, o GPRSmejorado), más conocido como EDGE (Enhanced Data rates for GSMEvolution¸o tasas de datos mejoradas para la evolución de GSM).

La principal ventaja que aporta es un aumento de la tasa de velocidad dedatos, llegando hasta los 384 kbps.

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3G: TERCERA GENERACIÓN (IMT-2000 Y UMTS) IMT-2000 (InternationalMobile Telecommunications -2000) es el estándar de la Unión Internacionalde Telecomunicaciones (ITU) para la telefonía móvil de tercera generación.

Este estándar sirve como base para el desarrollo de sistemas como UMTS(Universal Mobile Telecommunications System) o CDMA-2000. Como hemosvisto hasta ahora, la velocidad de transmisión de datos de los terminalesmóviles seguía siendo limitada.Ante este escenario, UMTS aporta ventajas importantes como:

• Velocidad de transmisión de hasta 7,2 Mb/s.• Servicios adicionales: conexión a Internet, videollamada, descarga

de música y videojuegos,…

Las bandas de frecuencia utilizadas por UMTS son las comprendidas entre1.885-2.025 MHz y 2.110-2.200 MHz, una frecuencia superior a la utilizada porel sistema GSM. La tecnología empleada es el acceso múltiple por división decódigo de banda ancha (WCDMA), que proporciona alta velocidad detransmisión y flexibilidad en función del servicio.

SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL CELULARCuriosidad

GPRS:

Si la velocidad son 54Kb/sg y1byte son 8 bits:

54Kb/sg / 8 bits = 6,75Kb/sg

UMTS:

Si la velocidad son 7,2Mb/sg y1M son 1024 bits

7,2M *1024= 7372,8 Kb/sg

7372,8Kb/sg / 8 = 921,6Kb/sg

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3,5G: HIGH SPEED DOWNLINK PACKET ACCESS (HSDPA) HSDPA suponeun paso más en el aumento de la velocidad de transmisión disponible para elusuario en aplicaciones en movilidad.

Del mismo modo que sucedía con GPRS y EDGE en relación a GSM, HSDPAbusca exprimir al máximo las capacidades de la tecnología WCDMA empleadaen las redes de UMTS.

La velocidad de transmisión llega hasta los 3,6 Mb/s de bajada y 384 kb/s desubida, que son superados por las siguientes revisiones de HSDPA:

• HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access o acceso ascendente depaquetes a alta velocidad): se le considera como 3,75G por ser una evoluciónde HSDPA que consigue tasas de hasta 7,2 Mb/s de bajada y 2 Mb/s desubida.

• HSPA (High-Speed Packet Access o acceso de paquetes a altavelocidad): puede llegar a alcanzar velocidades de 14,4 Mb/s de bajada y 2Mb/s de subida.


4G: LONG TERM EVOLUTION (LTE) La necesidad de obtener información encualquier momento y en cualquier lugar es cada vez mayor, primando sobretodo la inmediatez e instantaneidad en el acceso a los servicios.La cuarta generación de telefonía móvil (4G) que actualmente se encuentra endesarrollo pretende ofrecer al usuario velocidades de hasta 300 Mb/s en susterminales móviles. Presenta las siguientes características fundamentales:

• Alta velocidad de transmisión con picos de hasta 300 Mb/s debajada y 76 Mb/s de subida.

• Red basada completamente en IP, por lo que las llamadas de vozviajarán también como paquetes de datos, en lugar de la conmutación decircuitos existente en GSM y UMTS.

• Arquitectura de red más sencilla.• Soporte de diversos tamaños de celda, siendo especialmente

interesante el uso de femtoceldas (10 metros de radio) conjuntamente conmacroceldas de hasta 100 km de radio en campo abierto.

• Soporte mejorado para terminales que se desplazan a granvelocidad: trenes de alta velocidad e incluso aviones (velocidad máxima deentre 350 km/h y 500 km/h).

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SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL CELULARArquitectura de la red

La arquitectura de la red, a partir del estándar GSM seorganiza del siguiente modo:• Estación base (Base Station, BS o BTS): es cada una delas estaciones que constituyen la red. Estará formada por losequipos necesarios para dar servicio a los usuarios de sucelda, así como para su conexión al resto de la red. El alcancede una estación base suele variar entre cientos de metros enentorno urbano y un máximo de aproximadamente 30 km encampo abierto.

• Controlador de estación base (Base Station Controller,BSC): una BSC se encarga del control de varias BS,asignándoles las frecuencias y controlando sus parámetros deemisión, potencia radiada,… También interviene en losprocesos de handover (movimiento del usuario de una celda aotra). La BSC también monitoriza el nivel de potencia emitida yrecibida tanto por el terminal móvil como por las estacionesbase.


• Central de conmutación móvil (Mobile Switching Center, MSC): seencarga del establecimiento, mantenimiento y finalización de la comunicaciónentre los usuarios de la red. Cuando un usuario se mueve de una celda aotra, la BSC lo detectará y lo comunicará al MSC para que este realice latransferencia de la llamada entre las dos BS implicadas.

• Registro de ubicación base (Home Location Register, HLR): es unregistro que almacena la información acerca de los servicios contratados porel usuario y su ubicación actual (celda en la que se encuentra). De estemodo, al recibir una llamada, el MSC puede transferirla a la BSC adecuada.

• Registro de ubicación de visitante (Visitor Location Register, VLR): esun registro muy similar al anterior, pero con un carácter más temporal. Estopermite, por ejemplo, el roaming, es decir, que usuarios de la red de un paísextranjero utilicen la red de un operador español, o viceversa.

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Los usuarios de la red quedan identificados, tanto en GSM como enUMTS, a través de:

• Módulo de identificación del suscriptor o tarjeta SIM(Subscriber Identity Module): consiste en una tarjeta inteligenteque se inserta en el teléfono o en el terminal de datos y quecontiene los datos necesarios para identificar al usuario en la red.Esta tarjeta también puede utilizarse para almacenar datos como laagenda de teléfonos y los datos de configuración de los servicios deSMS y acceso a Internet.

• Identidad internacional del suscriptor móvil (InternationalMobile Subscriber Identity, IMSI): está almacenado en la tarjetaSIM y corresponde a la identificación internacional del usuario.Cuando encendemos el teléfono móvil, este envía su IMSI a la red.

• Identidad internacional del terminal móvil (InternationalMobile Equipment Identity, IMEI): es un código de 15 cifras queidentifica de forma única a cada terminal que se conecta a la red.Este código se envía a la red cuando se conecta el equipo


Otro concepto importante en las redes de telefonía móvil celulares el de portadora.

Llamamos portadora a cada una de las frecuencias empleadaspara transmitir los canales de voz. Cada portadora puedetransportar hasta 8 conversaciones simultáneamente, medianteel uso de la multiplexación por división en el tiempo.

Esto significa que cada una de las conversaciones tendráasignada una pequeña fracción de tiempo (slot) en cada trama,durante la cual emitirá y recibirá los datos. El número deconversaciones simultáneas puede duplicarse utilizando elmodo half-rateque reduce la tasa de bits de los datos de voz y,por tanto, su calidad, a la mitad. En la práctica, algunos deestos 8 o 16 canales deben utilizarse para la señalización, porlo que el número de conversaciones será menor. En el sistemaGSM, la separación entre portadoras es de 200 kHz.

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SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL CELULARRadiotelefonía móvil publica y profesional

Los llamados servicios de trunking, en los que se forman grupos de usuariospara aplicaciones privadas. En un servicio de trunking cada llamada vaprecedida de un código que identifica al terminal que debe recibirla.Si el código de nuestro receptor no se corresponde con el de la llamada, laemitirá de nuevo, actuando como repetidor. Un ejemplo es el sistema deradiocomunicaciones utilizado por la policía y servicios de emergencia.Las principales características de este tipo de sistemas son:

• Permiten comunicación punto a multipunto: es decir, un usuario puede serescuchado simultáneamente por un número elevado de receptores, alcontrario de lo habitual en telefonía móvil celular, que establece llamadaspunto a punto.• Son sistemas push-to-talk (PTT): normalmente no se trata de sistemas full-duplex, sino que el usuario debe pulsar un botón del terminal cuando deseehablar, pasando al modo de escucha al soltarlo.• Normalmente operan en las bandas de VHF y UHF.• Pueden utilizarse en grupos cerrados de usuarios.


Dentro de este epígrafe estudiaremos los sistemas PAMR (Public AccessMobile Radio), PMR (Professional Mobile Radio) y TETRA (TErrestialTRunking RAdio).

Public Access Mobile Radio (PAMR) La principal característica de las redesPAMR es que estas no son explotadas directamente por el grupo de usuarios,sino que dependen de un operador de telecomunicaciones que la ofrece bajosuscripción. De este modo, forma una red muy similar a las de telefonía móvilcelular estudiadas anteriormente, en la que coexisten diferentes grupos yservicios.

Terrestrial Trunked Radio (TETRA) TETRA es un estándar del InstitutoEuropeo de Estándares en Telecomunicaciones. Este estándar implementaun sistema de radio bidireccional para telefonía móvil privada, estandodestinado principalmente a cuerpos y fuerzas de seguridad pública y privada,equipos de emergencia y servicios de transporte.

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SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL CELULARCuriosidad

El uso de terminales TETRA representa un volumen muy importante enEspaña.Solamente el Ayuntamiento de Madrid disponía de 2000 terminales TETRAoperativos en 2010.Este sistema es utilizado además por todos los servicios de emergencia delpaís (112, Policia Nacional, Guardia Civil, etc..)


Las principales ventajas de TETRA frente a los sistemas de telefonía móvilcelular como GSM son:

• Posibilidad de establecer llamadas punto a punto, punto a multipunto ymultipunto a multipunto.

• Mayor alcance al utilizar frecuencias más bajas (banda de 400 MHz).

• Mayor resistencia a fallos ante situaciones críticas.

• Infraestructura independiente de las redes de telefonía móvil celular.

• Capacidad de despliegue rápido de redes con sistemas transportables.

• Modo puerta de enlace: cada terminal puede actuar como repetidor,haciendo llegar la señal a terminales que no están bajo la cobertura de laestación base.

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REDES INALÁMBRICAS DE ÁREA LOCALIntroducción

Las redes inalámbricas de área local (WLAN, Wireless Local Area Network)constituyen un servicio de comunicaciones vía radio ampliamente implantadoen el ámbito doméstico y comercial.

Su función inicial era permitir interconectar varios ordenadores sin necesidad deinstalar previamente cableado. Con la evolución de la electrónica, en laactualidad su uso no se limita exclusivamente a los ordenadores, sino que lavariedad de dispositivos que pueden conectarse a una WLAN es prácticamenteilimitada: ordenadores, tablets, smartphones, videoconsolas, libros electrónicos,electrodomésticos, televisores, cámaras de vigilancia, impresoras…

Estas redes se encuentran definidas por el estándar IEEE 802.11, desarrolladoinicialmente en 1999. Desde entonces, ha estado sometido a un proceso derevisión y actualización que aún continúa. Cada una de estas revisiones se hanombrado añadiendo una letra al código del estándar (802.11) en ordenalfabético. Así, la primera revisión fue la 802.11a, mientras que en 2012 aún sesigue trabajando en la 802.11w.

REDES INALÁMBRICAS DE ÁREA LOCALIntroducción

En la siguiente tabla se muestra un resumen de las frecuencias de trabajo yvelocidades de transmisión para cada una de las revisiones de la norma IEEE802.11 que han sido implantadas a gran escala:

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REDES INALÁMBRICAS DE ÁREA LOCALWi-Fi

Wi-Fi, en ocasiones traducido como “fidelidad inalámbrica” (wireless fidelity)por su similitud con el término Hi-Fi utilizado para la alta fidelidad en losequipos de sonido, en realidad es un nombre comercial diseñado paracertificar e identificar a los equipos que cumplen con la norma IEEE 802.11.

El alcance de estas redes es de unos 20 metros en interior (dependiendo delos obstáculos presentes), que se amplía notablemente en exteriores. Paradotar de cobertura a áreas mayores se emplearán varios puntos de accesosolapados.

Se escogerá la ubicación de los distintos tipos de acceso atendiendo afactores como las características de sus antenas (omnidireccionales odirectivas), de la ganancia y, por supuesto, de la situación de muros ymobiliario.

La asignación de direcciones IP y definición de redes, subredes y máscarasse realizará del mismo modo que en una red cableada Ethernet.

REDES INALÁMBRICAS DE ÁREA LOCALComparativa Wi-Fi

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REDES INALÁMBRICAS DE ÁREA LOCALEstándares Wi-Fi


La identificación de los terminales y de la red se realiza empleando lossiguientes parámetros:• Dirección MAC (Medium Access Control, o control de acceso al medio):es un identificador de 48 bits que corresponde de manera única a undispositivo con capacidad de conexión a la red. También se le conoce comodirección física. Normalmente, se representa en hexadecimal, teniendo unformato como el siguiente: 11:22:33:44:55:66.

• SSID (Service Set IDentifier): es un identificador que deberá incluirse entodos los paquetes transmitidos dentro de una red. Su longitud máxima es de32 caracteres. Dentro de él, se establecen dos variantes:

– ESSID (Enhanced Service Set Identifier): se utiliza en redes quefuncionan como puntos de acceso. Es lo que conocemos coloquialmentecomo “nombre de la red”.

– BSSID (Basic Service Set Identifier): se utiliza en las redes ad-hoc.Una red ad-hoc es aquella que se forma sin necesidad de ningúnelemento central que actúe como servidor. Un ejemplo es la conexióndirecta entre dos ordenadores si emplear ningún router, switch o hub.

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Para dotar a la red de un nivel adecuado de privacidad y seguridad, seutilizan las siguientes técnicas:

• WEP (Wired Equivalent Privacy, o privacidad equivalente al cableado):es un sistema de cifrado para redes WLAN que utiliza una clave de 64 o 128bits. Se introdujo en 1999, aunque rápidamente se encontraron puntosdébiles en el sistema, lo que hace que actualmente no se recomiende comomedida de seguridad por ser fácilmente desencriptado con herramientassoftware.

• WPA (Wi-Fi Protected Access, o acceso Wi-Fi protegido): ante losproblemas de seguridad detectados en el sistema WEP, se creó un nuevoprotocolo, basado parcialmente en la norma IEEE 802.11i. Mediante unavariación dinámica de las claves y una mejora de los controles deredundancia cíclica consigue una seguridad mucho mayor que la ofrecida porWEP.


• WPA2 (Wi-Fi Protected Access 2, o acceso Wi-Fi protegido 2): esteprotocolo, definido en 2004, implementa completamente la norma IEEE802.11i. Ofrece un nivel elevado de seguridad en dos modalidades: clave pre-compartida (PSK, Pre-Shared Key) para el ámbito personal y otra basada enservidor de seguridad (802.1x/EAP) para el ámbito empresarial.

• Filtrado MAC: el punto de acceso comprobará la dirección física (MAC) deldispositivo que pretende conectarse y, en función de ella, se lo permitirá o no.Puede emplearse en dos modos de funcionamiento: lista blanca (solamentepodrán conectarse los dispositivos cuya MAC esté incluida en una lista) o listanegra (podrán conectarse todos los equipos excepto aquellos cuya MAC estéincluida en la lista).

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REDES INALÁMBRICAS DE ÁREA LOCAL¿Qué aporta Wi-Fi?

REDES INALÁMBRICAS DE ÁREA LOCALPotencia y alcance WiFi

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REDES INALÁMBRICAS DE ÁREA LOCALEnemigos de WiFi

REDES INALÁMBRICAS DE ÁREA LOCALBeneficios económicos WiFi

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RADIOENLACES

Un radioenlace, como su propio nombre indica, consiste en el enlace queposibilita la transmisión de información entre dos puntos mediante el uso deondas electromagnéticas que viajan a través del aire.Los radioenlaces más utilizados en los sistemas de radiocomunicaciones sonlos que trabajan en la banda de microondas, es decir, desde el entorno de los500 MHz hasta los 300 GHz. Se trata, pues, de señales con una longitud deonda muy pequeña. Esto hace que sean sensibles a los fenómenosmeteorológicos como la lluvia y la nieve. Sus principales ventajas, comparadocon un enlace cableado, son:

• Gran velocidad de despliegue de la red.• Instalación rápida y mantenimiento sencillo.• Uso de antenas muy directivas que evitan recibir y provocar interferencias,pudiéndose reutilizar fácilmente las frecuencias.Por el contrario, existen también importantes inconvenientes:• Necesidad de visión directa entre ambos extremos.• Ancho de banda reducido (frente a fibra óptica).

RADIOENLACES

Cuando hablamos de radioenlaces, es conveniente tener claros los siguientestérminos:

• Vano: es la distancia existente entre los dos extremos de un radioenlace.Esta distancia podrá estar entre unos pocos metros y unos 50 km. Además delos obstáculos, limitan la longitud del vano otros factores, como son lacurvatura de la Tierra y la atenuación de la señal. Si se necesita alcanzar unadistancia mayor habrá que colocar repetidores intermedios.

• Radiocanal: es el conjunto de frecuencias utilizado en el radioenlace.Estará formado por dos frecuencias distintas, una a cada sentido. Estoequivale a un sistema dúplex cableado a 4 hilos.

• Repetidor: cuando la distancia entre los extremos del radioenlace eselevada o existe algún obstáculo en el trayecto, puede ser necesario el usode repetidores. Estos pueden ser pasivos, que se limitan a cambiar latrayectoria del enlace, ya sea por reflexión o mediante el uso de dos antenasconectadas entre sí (back to back).

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RADIOENLACES

• Frecuencias disponibles: las distintas recomendaciones de la ITU asignanfrecuencias a los radioenlaces destinados al servicio fijo que se sitúan desdelos 1,5 GHz hasta los 55 GHz. La mayoría de los radioenlaces instalados enla actualidad se sitúan por encima de los 10 GHz, ya que las bandasinferiores están muy saturadas.

• Radioenlace analógico: es el que utiliza modulaciones analógicas para laseñal transmitida. La más habitual es la modulación en frecuencia (FM),aunque pueden existir algunos modelos con modulación en fase (PM). Losradioenlaces analógicos permiten enviar volúmenes de tráfico como puedenser: unos 2.700 canales de voz telefónica, un canal de vídeo de 5 MHz,…

• Radioenlaces digitales: al igual que sucede con la mayoría de lastecnologías, los sistemas digitales están remplazando progresivamente a lossistemas digitales. En el caso de los radioenlaces, las modulaciones digitalesmás utilizadas son las de cuadratura, como QPSK y QAM.

RADIOENLACES

• Capacidad del enlace: se define como capacidad del enlace,especialmente en radioenlaces digitales, a la cantidad de información queeste puede transmitir. Lo más habitual es el uso de tramas de 2 Mb/s. Así,coloquialmente se conocerá como 2 x 2 a un enlace capaz de transmitirsimultáneamente 2 tramas de 2 Mb/s. Hasta 2 Mb/s se consideranradioenlaces de baja capacidad, pasando a ser de alta capacidad los de másde 34 Mb/s.

• Protección o elementos de reserva: en algunos casos, resulta necesariodisponer de un circuito de reserva para utilizarlo en el caso de que falle elenlace principal.

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RADIOENLACES

• Capacidad del enlace: se define como capacidad del enlace,especialmente en radioenlaces digitales, a la cantidad de información queeste puede transmitir. Lo más habitual es el uso de tramas de 2 Mb/s. Así,coloquialmente se conocerá como 2 x 2 a un enlace capaz de transmitirsimultáneamente 2 tramas de 2 Mb/s. Hasta 2 Mb/s se consideranradioenlaces de baja capacidad, pasando a ser de alta capacidad los de másde 34 Mb/s.

• Protección o elementos de reserva: en algunos casos, resulta necesariodisponer de un circuito de reserva para utilizarlo en el caso de que falle elenlace principal.

• Despejamiento: para que podamos considerar que existe visibilidad directaentre ambos extremos del radioenlace, debe existir una distancia entre lalínea imaginaria que une ambas antenas y el obstáculo, como mínimo, mayoral 60% del radio de la primera zona de Fresnel.

RADIOENLACES

• Primera zona de Fresnel: es el espacio entre el emisor y el receptor encuyo volumen el desfase máximo de las ondas es de 180º. Su radio secalcula con la siguiente fórmula:

Donde:d1 : distancia del transmisor al obstáculo en metros.d2 : distancia del obstáculo al receptor en metrosl: longitud de onda de la señal en metros

El lugar en el que el radio de la zona de Fresnel será mayor es en el puntomedio entre transmisor y receptor. Para este caso, podemos utilizar unaecuación simplificada:

Donde:D: distancia en kilómetros entre transmisor y receptor.f: frecuencia del enlace, expresada en GHz.

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RADIOENLACES

RADIOENLACESLineas de vista

Para que el radioenlace funcione adecuadamente, esnecesario que exista visión directa entre las dos antenas que loforman. Dado el elevado coste económico que tiene laconstrucción de una estación de radiocomunicaciones, resultaimprescindible asegurarse de que podrá enlazarse vía radiocon el resto de la red.

Una primera comprobación se realizará utilizando la cartografíadisponible, trazando la línea que une ambas estaciones ycomprobando la existencia o no de obstáculos. Existenprogramas de diseño de red que permiten obtener un perfil delenlace para su evaluación.

Desgraciadamente, no todos los obstáculos estarán reflejadosen la cartografía, ni esta tendrá siempre la precisión deseada.Por este motivo, se hace necesario realizar una comprobaciónin situ. A la hora de realizar la comprobación, salvo que laexistencia de visibilidad directa sea evidente y comprobabledesde el suelo, distinguiremos dos casos:

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RADIOENLACESLineas de vista

• Las dos torres o estructuras que sustentarán el enlace están yaconstruidas: este caso es el más sencillo, ya que solamente será necesariodesplazar un técnico a cada una de las torres, los cuales, mediante el uso deprismáticos y, en algunos casos, de espejos, comprobarán si existe visibilidadentre ambas torres. Además, determinarán a qué altura mínima en cada una deellas resulta viable la instalación del enlace.

• Una de las torres o estructuras no está construida aún: ante estasituación, se desplazará un técnico a la torre construida y otro alemplazamiento candidato para la instalación. Este último elevará varios globosllenos de helio. El técnico situado en la torre usará unos prismáticos paracomprobar si los globos son visibles o no. En caso de serlo, se medirá la alturamínima en cada uno de los extremos del radioenlace para la cual resulta viable(en el extremo sin torre se calculará midiendo la longitud de la cuerda quesujeta los globos).

ACCESOS VIA RADIO A SERVICIOS FIJOS

Los servicios de radiocomunicación de voz y datos que hemos estudiado hastaahora están orientados a su uso en movilidad. Sin embargo, como veremos acontinuación, las radiocomunicaciones también resultan de interés paraproporcionar servicios de telefonía fija o banda ancha en determinadassituaciones.

Telefonía rural por acceso celular (TRAC) Existen zonas en las que, ya seapor las dificultades que impone su orografía, la dispersión geográfica de sushabitantes, o por otro tipo de dificultades técnicas, resulta ineficiente e ineficazel despliegue de la red telefónica cableada. La instalación en el domicilio delabonado consistía en una caja anclada a la pared en la que se alojaban losequipos y la antena necesaria para recibir la señal del repetidor.La velocidad de la conexión de datos utilizando un módem analógico era muyreducida, teniendo un funcionamiento adecuado solamente en zonas con muybuena cobertura. Por todos estos inconvenientes, estos sistemas han idoevolucionando hasta la integración con los servicios GSM/GPRS, LMDS oWiMAX.

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Sistema de distribución local multipunto (LMDS) LMDS (Local MultipointDistribution System) es un sistema celular que permite ofrecer servicios devoz y datos a los usuarios vía radio. Dado su gran ancho de banda, resultainteresante para los servicios de valor añadido como la conexión a Internet,video bajo demanda,… Al tratarse de un sistema vía radio, resultaeconómicamente más rentable en zonas rurales en las que los usuarios estánrelativamente.Este sistema opera en la frecuencia de 3,5 GHz o en banda Ka (26 GHz),Estas bandas de frecuencias permiten un ancho de banda elevado, perocuentan con el inconveniente de tener un alcance más limitado (hasta unos 30km, ofreciendo menos velocidad de acceso cuanto mayor sea la distancia).

Además, las señales de la banda Ka tienen una longitud de onda comparable ala de las gotas de agua. Esto provoca que la lluvia, la niebla y la nieve afectengravemente a la propagación de la señal. Además, es necesario que existavisión directa entre las antenas.


WiMAX Interoperabilidad mundial para el acceso pormicroondas (WiMAX, Worldwide Interoperability forMicrowave Access). Este sistema está basado en la normaIEEE 802.16 y opera en las bandas de 2,4 GHz y 5,4 GHz(bandas sin licencia) y 3,5 GHz (banda con licencia).En cuanto a la velocidad de transmisión, en acceso fijo seconsiguen velocidades de hasta 70 Mb/s. El área decobertura varía entre 500 m y casi 70 km, en función delservicio que se desee prestar. Debemos recordar siempreque la calidad de la señal disminuye con la distancia.Una ventaja fundamental de WiMAX respecto de LMDS esque ya no es necesario que exista visibilidad directa entrelas antenas.Otra característica es que para mejorar la velocidad detransmisión y la resistencia a las condicionesmeteorológicas adversas.

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SISTEMAS DE COMUNICACIONES

ud3. sistemas de coomunicaciones - grupo...

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