Transmisión inalámbrica de datos a través de teléfonos by Alberto Ahuanari

TRANSMISIÓN INALÁMBRICA DE DATOS A TRAVÉS DE TELÉFONOS CELULARES. PROYECTO DE INVESTIGACIÓN Y DISEÑO DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO DE INSPECCIÓN REMOTA (UAV)

DIANA CAROLINA PINILLA ARRIETA

UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA ESCUELA DE INGENIERIAS MEDELLÍN 2006

TRANSMISIÓN INALÁMBRICA DE DATOS A TRAVÉS DE TELÉFONOS CELULARES. PROYECTO DE INVESTIGACIÓN Y DISEÑO DE UN SISTEMA AUTOMÁTICO DE INSPECCIÓN REMOTA (UAV)

DIANA CAROLINA PINILLA ARRIETA

Trabajo de grado para optar al título de ingeniero electrónico

Director OSCAR CARINO SALAZAR GÓMEZ Ingeniero electrónico

UNIVERSIDAD PONTIFICIA BOLIVARIANA ESCUELA DE INGENIERIAS MEDELLÍN 2006

iii

Nota de aceptaci贸n

---------------------------

-------------------------------------------------------------------------------

--------------------------Presidente del jurado

--------------------------Jurado

Medell铆n, 30 de Enero de 2006

DEDICATORIA Dedico este trabajo a mi familia por apoyarme siempre e inculcarme el deseo de superación y las ganas de salir adelante, a mis amigos y compañeros a quienes les debo muchísimo y siempre llevaré en el corazón por la gran ayuda que me han brindado.

AGRADECIMIENTOS

El autor expresa sus agradecimientos al ingeniero Oscar Carino Salazar G贸mez, director de la tesis por su gu铆a en el desarrollo del proyecto y al ingeniero Juan Carlos Cardona, por colaborar con sus conocimientos y consejos en el desarrollo del trabajo.

CONTENIDO

Pág. INTRODUCCIÓN

DESCRIPCION Y REQUERIMIENTOS DEL PROYECTO UAV

1.1. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO (UAV) 1.2. Requerimientos del proyecto UAV. 1.2.1. Telemetría 2. TRES GENERACIONES DE TELEFONÍA CELULAR

3 4 4

2.1. PRIMERA GENERACIÓN (1G) 2.1.1. AMPS (Advanced Mobile Phone System) 2.1.2. NMT (Nordic Mobile Telephones) 2.1.3. TACS (Total Access Communications System) 2.2. SEGUNDA GENERACIÓN (2G) 2.2.1. GSM (Global System for Mobile communications) 2.2.2. PCS (Personal Communications Service) 2.2.3. TDMA (Time Division Multiple Access) 2.2.4. CDPD (Cellular Digital Packet Data) 2.2.5. CSD (Circuit Switched Data 2.2.6. CDMAone 2.3. GENERACION 2.5 (Intermedia) 2.3.2. GPRS (General Packet Radio Service) 2.3.3. EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution) 2.3.4. CdmaOne (IS-95B) 2.4. TERCERA GENERACION (3G) 2.4.1. Evolución De Los Sistemas Celulares A 3G 2.4.2. IMT International Mobil Telecommunications 2.4.3. CDMA2000 2.4.4. UMTS/WCDMA 3. OPCIONES PARA TRANSMISION DE DATOS

7 8 9 10 10 11 15 18 19 20 21 23 24 31 33 33 35 37 40 45

3.1. Tecnologías enfocadas a la transmisión de datos 3.1.1. HSCSD Vs GPRS 3.2. Transmisión de datos en GSM 3.3. Operadores Nacionales 3.3.1. Servicios De Datos COMCEL 3.3.2. Servicios de datos MOVISTAR 3.3.3. Servicios de datos OLA

50 51 51 52 53 59 62

vii

3.4. Equipos 4. POSIBILIDADES DE IMPLEMENTACION EN EL PROYECTO UAV 71 4.1. tecnologías y equipos viables para establecer la comunicación 4.2. Principales dificultades a la hora de establecer la comunicación 4.2.1. Patrones de radiación y cobertura de las antenas 4.2.2. Difracción de la antena 5. CONCLUSIONES

63 68 70 70 74 77

BIBLIOGRAFIA

ANEXOS

viii

LISTA DE FIGURAS

Pág.

Figura 1. Esquema de funcionamiento AMPS Figura 2. Camino evolutivo de la plataforma GSM Figura 3. Arquitectura de una red GSM Figura 4. Estructura de red PCS Figura 5. Red con CDPD Figura 6. Arquitectura CDPD Figura 8. Sistema CSD Figura 8. Esquema de una red CDMAone Figura 9. Arquitectura HSCSD Figura 10. Arquitectura general de una red GPRS Figura 11. Elementos básicos de la red GPRS Figura 13. El GGSN actúa de pasarela entre la red troncal GPRS y las redes externas Figura 14. El SGSN se encarga de la entrega de paquetes entre los móviles Figura 14. Características mas importantes de GPRS Figura 16. La velocidad máxima real de GPRS no supera los 56 Kbps Figura 17. Arquitectura EDGE Figura 17. Evolución de los sistemas celulares hacia la tercera generación Figura 18. IMT-2000 interfaces de radio terrestre Figura 20. Espectro asignado para IMT-2000 Figura 20. Camino evolutivo de CDMA Figura 21. Aplicaciones CDMA2000 de acuerdo a la velocidad Figura 22. Aplicaciones UMTS de acuerdo a la velocidad Figura 23. Espectro UMTS Figura 24. Arquitectura UMTS Figura 25. UTRA Figura 26. Enfora GSM 1218 Figura 27. Enfora GSM 2208 Figura 28. Tarjeta para PC GC83 Figura 29. Tarjeta para PC GC82 Figura 30. Tarjeta para PC NOKIA D311

8 12 13 17 19 20 21 22 24 25 26 26 27 28 29 32 35 38 40 41 45 46 46 47 49 55 55 56 57 58

Figura 31. Tarjeta G-TRAN 60 Figura 33. Sony Ericsson p800 64 Figura 33. NOKIA 6020 65 Figura 35. NOKIA 6100 66 Figura 36. Samsung SGH-X427 66 Figura 36. Representación tridimensional de los campos radiados por una antena y sus planos de corte 71 Figura 37. Cortes bidimensionales del patrón de radiación 72 Figura 38. Radiación de una antena (vista lateral) 73 Figura 39. Torres utilizadas para estaciones base 74 Figura 41. Elipsoide de Fresnel 75 Figura 42. Fenómeno de difracción 76 100

LISTA DE TABLAS

pág.

Tabla 1. Estándares basados en PCS

Tabla 2. Frecuencias con que trabaja PCS

Tabla 3. Fases de evolución hacia 3G

Tabla 4. Servicios de paquetes de datos para clientes personales

Tabla 5. Servicios de paquetes de datos para clientes corporativos

Tabla 6. Precios de equipos especiales comcel

Tabla 7. Planes facturados por tiempo de conexión

Tabla 8. Planes facturados por Kbytes transmitidos

Tabla 9. Precios de la tarjeta según el plan

INTRODUCCIÓN

Las comunicaciones móviles en la historia han obtenido avances a pasos agigantados desde su primera implementación. Las diferentes aplicaciones que tienen hoy en día los teléfonos celulares hacen que la comunicación entre las personas sea más fácil y se pueda acceder a la información desde cualquier lugar, además de brindar la posibilidad de transmitir y recibir datos de forma inmediata a través de la red celular. La transmisión de paquetes de datos o información contenida en imágenes y videos es hoy posible desde casi cualquier lugar y de forma inalámbrica gracias a las redes celulares y utilizando un “simple” teléfono celular. Las aplicaciones de este sistema de datos son innumerables, sin embargo, este proyecto centra mayor atención en el estudio de posibilidades de implementar este sistema de comunicaciones en un vehículo aéreo no tripulado (UAV) desarrollado para monitorear las líneas de transmisión de potencia en zonas de difícil acceso.

La transmisión de datos usando la red celular, es posible gracias al conjunto de tecnologías desarrolladas en los teléfonos y a las plataformas ofrecidas por las empresas operadoras nacionales, que proporcionan las redes y realizan mejoras constantes para hacer posible el uso de esta aplicación. Para el manejo de datos se despliega un abanico de tecnologías que hacen posible de una forma rápida y eficaz la transmisión, sin embargo existen tecnologías que superan a otras en velocidad, costos y disponibilidad del servicio. En un principio se trabajó con tecnologías como CDPD o HSCSD, que ofrecían velocidades máximas de 9,6 Kbps. En la siguiente generación surge la tecnología GPRS que está orientada a la transmisión de datos por conmutación de paquetes, esta puede alcanzar velocidades teóricas de hasta 171,2 Kbps, en la practica la velocidad se reduce considerablemente, sin embargo, sigue siendo mucho mayor que las tecnologías

anteriores y ofrece la posibilidad de conexión constante y costo por peso de datos transmitidos y no por tiempo de conexión. Otra tecnología importante para la transferencia de datos es EDGE que surge como evolución de GSM/GPRS, para aumentar las tasas de transmisión y ofreciendo velocidades reales de 384 Kbps. La evolución de todas las tecnologías nos lleva a la Tercera Generación que se concentra principalmente en el manejo de datos y conexión a Internet. La tecnología CDMA2000 1X EV en sus dos modalidades (DO y DV) hace posible la transmisión de datos a velocidades de 2.4 y 3.09 Mbps respectivamente, haciendo posibles las video conferencias a través del móvil. Con toda la gama de posibilidades que brinda la tecnología celular se puede lograr la implementación de la red y los sistemas celulares para muchas aplicaciones, teniendo en cuenta también

que la capacidad y servicios que ofrecen las

compañías nacionales, no están a la vanguardia de las tecnologías internacionales.

1. DESCRIPCION Y REQUERIMIENTOS DEL PROYECTO UAV

El estudio que se desarrollara a continuación sobre telefonía móvil y las posibilidades de transmitir datos serán necesarios para analizar la posibilidad de implementar estas tecnologías y las facilidades de la telefonía celular en el proyecto de monitoreo aéreo (UAV). El sistema de comunicaciones móviles es una herramienta muy importante en la transmisión inalámbrica de datos y se presume puede ser de gran utilidad en las comunicaciones de un avión autónomo con la base de control, es decir el sistema de monitoreo aéreo almacena gran cantidad de datos que deben ser recibidos constantemente por los controladores en tierra sin la necesidad del aterrizaje del avión.

1.1.

DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO (UAV)

Los vehículos aéreos no tripulados (Unmanned Aerial Vehicle, UAV) son aeronaves que pueden realizar una o varias tareas y misiones sin intervención directa de un ser humano, el cual limita su intervención a la supervisión de vuelo en caso de una situación crítica. Los UAV tienen cada vez mas usos gracias al desarrollo tecnológico en distintas áreas de la ingeniería. El vehículo puede participar en misiones como: fotografía aérea, reconocimiento de objetivos, medición de polución, reconocimiento aéreo, etc.

En el proyecto se busca entonces aplicar métodos matemáticos y algoritmos para poner en funcionamiento la aeronave, los métodos de control en tiempo real, telemetría y reconocimiento de imágenes. La aeronave estará equipada con la suficiente tecnología para navegar por sus propios medios; es decir, que pueda ir de un punto a otro sin la intervención del ser humano. Este hecho de navegar por sus propios medios requiere del conocimiento del entorno donde la aeronave se mueve de su posición respecto a un sistema de referencia. El proyecto se realizara en varias etapas las cuales tienden a la construcción de un primer prototipo del sistema a partir del cual se generan nuevos retos que hacen del proyecto una fuente inagotable de nuevos problemas y requerimientos de desempeño. Para lograr lo que se espera del proyecto es necesario resolver gran cantidad de problemas, sin embargo los que conciernen al tema son los que tiene que ver con la transmisión y comunicación del UAV.

Las comunicaciones inalámbricas en este proyecto son fundamentales pare desarrollar el monitoreo constante y recibir información detallada de lo que ve el autónomo en todo su recorrido, por esto se busca la forma en este proyecto de obtener las mejores opciones de comunicación en cuanto a redes inalámbricas se refiere, las posibilidades incluyen enlaces fijos de microondas, redes LAN inalámbricas, datos sobre redes celulares, enlaces mediante satélites, WIMAX, control remoto, etc. El punto específico a estudiar en este capítulo es la posibilidad de implementar la comunicación a través de las redes celulares, utilizando diferentes dispositivos y exponiendo dificultades y posibles soluciones para llevar a cabo la implementación.

1.2. Requerimientos del proyecto UAV. 1.2.1.

Telemetría

La telemetría, podría definirse en forma simple, como

“la posibilidad de medir a distancia” y más específicamente, como “la capacidad

para leer datos remotos” mediante un sistema de comunicaciones con el propósito de realizar labores de control sobre el dispositivo remoto. El monitoreo del buen estado del vehículo aéreo no tripulado es necesario, ya que además de transmitir los datos que recoge se debe transmitir frecuentemente información sobre el estado físico y mecánico del avión. El principal propósito es realizar este proceso utilizando el mismo sistema de comunicación en todo el dispositivo, que en este caso seria la red celular. Los datos son transmitidos a un PC llamado Ground Station. Dado que el objetivo principal de las comunicaciones entre un UAV y la estación en tierra es proporcionar información de telemando y telemetría, ésta en la mayoría de los casos es considerada en tiempo real y de un volumen alto, mas si consideramos la posibilidad de enviar video desde el UAV, por lo tanto, cuando la capacidad del enlace en ancho de banda cambia con alta frecuencia y en forma abrupta, se podría perder información de telemetría importante cuyo efecto podría traer consecuencias irreversibles (pérdida o destrucción del UAV). Después de conocer la importancia de la telemetría en el sistema es necesario establecer una solución en cuanto al monitoreo del estado del UAV, a través de los operadores de telefonía celular se pueden establecer contratos que incluyen sistemas de telemetría posibilitando la transmisión de los datos medidos a través de su red y con dispositivos especiales.

1.2.2.

Monitoreo fotográfico de la línea El objetivo principal del sistema

es monitorear una línea de transmisión y tomar fotografías para verificar el estado de esta. Estas imágenes deben transmitirse constantemente a las centrales de monitoreo en tierra para

observar problemas como obstáculos en la línea

diferentes escombros que se acumulan en el trayecto, esto genera deterioro en la red y por esto es necesario saber en que partes se presenta para controlarlo. La transmisión, análisis y procesamiento de imágenes, es necesaria porque genera información muy valiosa ya que permite observar desde el aire todo el recorrido

del avión, además para controlar el reconocimiento de objetos y patrones, así como evitar obstáculos.

2. TRES GENERACIONES DE TELEFONÍA CELULAR

La gran cantidad de transformaciones y mejoras que han tenido los servicios de telefonía celular, se dividen básicamente en tres generaciones, sin embargo surgió una generación intermedia entre la segunda y la tercera, que sirve de puente e incluye muchos adelantos y facilidades en cuanto a la transmisión de datos. En este capítulo se explicarán las diferentes tecnologías que hacen parte de las cuatro generaciones (1G, 2G, 2.5G y 3G), teniendo en cuenta su funcionamiento, ventajas y limitantes en cuanto al tema de interés que es la transmisión de datos.

2.1.

PRIMERA GENERACIÓN (1G)

La primera generación se refiere a las tecnologías pioneras de la telefonía celular en todo el mundo, es por esta razón que surgen varias tecnologías con el boom de las comunicaciones móviles, ya que en cada zona del mundo se realizaron investigaciones y estudios de comunicación móvil celular. Por esto cada tecnología desarrollada depende en gran parte de las condiciones físicas y ambientales de la región en la que se desarrollaron. La primera generación comprende las tecnologías: AMPS, NMT y TACS. Los primeros pasos de la telefonía celular fueron en 1979. En los primeros desarrollos se adoptó la técnica de acceso FDMA/FDD (Frequency Division Multiple Access / Frecuency Division Duplex), la cual utilizaba el Acceso Múltiple

por División de Frecuencia y dos frecuencias portadoras

distintas para establecer la comunicación, Tx y Rx. La primera generación se desarrolló entre 1979 y 1986 aproximadamente, se caracterizó por establecer enlaces de voz y en condiciones de no muy buena calidad, ya que la comunicación no era constante y presentaba baja velocidad de

transferencia entre celdas, además las tecnologías transferían datos de forma analógica y no digital como en la actualidad.

2.1.1. AMPS (Advanced Mobile Phone System) AMPS se caracteriza por ser un sistema analógico. En este la transmisión se realiza a través de la modulación en frecuencia (FM) para voz

y FSK para señalización. Esta tecnología operaba

inicialmente en la banda de los 800 MHz y el acceso al canal de radio se efectuaba a través de FDMA; además, es la más importante de su generación porque de aquí se desprendió el desarrollo de sistemas digitales como TDMA y CDMA.

Figura 1. Esquema de funcionamiento AMPS Fuente: http://apuntes.rincondelvago.com/redes-celulares.html

La estructura básica de funcionamiento de AMPS esta basada en el reuso de frecuencias y permite un mejor aprovechamiento del espectro, sin embargo, esto lleva a un incremento de las interferencias y problemas de

handoff. Como se

observa en la Figura 1. Se muestra la estructura de división de celdas para antenas omnidireccionales y direccionales de 120° y 60°. Obsérvese la distribución de

portadoras en 7 celdas. Teniendo en cuenta que cada sistema celular ocupa 333 portadoras en total en el sistema AMPS, la estructura puede ser: -Con 7 celdas y 3 sectores de 120° se tienen 15 portadoras por sector. -Con 4 celdas y 6 sectores de 60° son 13 portadoras por sector.

•

Componentes de Sistema AMPS

- Subsistema de radio

esta formado por la estación trans-receptora, la

estación controlador de base, el sistema radiante, combinador (Branching), un sistema de filtros RF y un sistema preamplificafor de bajo ruido.

- Subsistema de conmutación MTSO

Es el centro de conmutación de

llamadas, almacena los registros de localización temporal y permanente (HLR y VLR), autentifica las llamadas para asegurar la entrada de usuarios a la red, maneja el registro y la identificación del teléfono y se encarga de la operación y mantenimiento del sistema.

2.1.2. NMT (Nordic Mobile Telephones) Fue desarrollándose a partir de 1982 y se crearon varios tipos:

•

NMT 450 opera en la banda de los 450 MHz, es un sistema analógico que usa FDMA de banda estrecha (la banda se divide en porciones de 25 KHz, cada una de las cuales constituye un canal completo duplex). Consta de un semicanal estación base. Para evitar interferencias, es necesario que cada estación base use un conjunto de frecuencias distinta al de su colateral. Su alcance es de 25 Km. Fue desarrollado por Ericsson y Nokia para dar servicios a angostos y desérticos terrenos de los países nórdicos.

•

NMT 900 es una expansión de la anterior que opera a 900 MHz desarrollado para aumentar la capacidad y portabilidad manual.

•

NMT-F es una versión francesa de NMT 900.

2.1.3. TACS (Total Access Communications System)

Desarrollado por

Motorola en 1985. Es llamado TMA en España y JTAC en Japón. La banda empleada es la de 900 MHz y cada MHz del ancho de banda se divide en 40 semicanales de 25 Khz cada uno, dando un total de 1000 canales, para cubrir áreas urbanas. Se tiene una separación de 45 MHz entre las frecuencias de emisión y recepción de canal

•

Servicios de TACS

- Transmisión de datos (equipando al teléfono móvil con un MODEM adecuado a 1200 bps) - Correo electrónico (recibiéndose ya sea por pantalla o impresora) - Mensajes cortos (SMS) - Buzón de voz - Desvío de llamadas Después del sistema TACS se desarrolló una expansión en la que se aumentó el rango de frecuencias empleando: 1320 canales duplex, de los cuales 21 de ellos permiten conocer la situación del canal de tráfico usado en cada momento.

2.2. SEGUNDA GENERACIÓN (2G)

Después de avanzar mucho en los sistemas analógicos se notó que estos ofrecían una baja capacidad de tráfico y se presentaban muchos problemas por el agotamiento de las redes en las grandes ciudades. Para resolver estas limitaciones surgieron los sistemas digitales, también llamados de segunda generación. La digitalización de la señal fue uno de los mas grandes logros de la telefonía celular, ya que gracias a la conversión de la onda original a un tipo de onda digital, se puede encriptar una conversación y protegerla de forma que solo el teléfono

receptor puede decodificar la información, además de ofrecer paquetes de transmisión de mucho menor peso y velocidades mas altas a la hora de enviar la información. Las tecnologías de segunda generación ofrecen las siguientes características: •

Mayor calidad de las transmisiones de voz

•

Mayor capacidad de usuarios

•

Mayor confiabilidad de las conversaciones

•

La posibilidad de transmitir mensajes alfanuméricos. Este servicio permite enviar y recibir cortos mensajes que puedan tener hasta 160 (GSM) caracteres alfanuméricos desde un teléfono móvil.

•

Navegar por Internet mediante WAP (Wireless Access Control).

2.2.1.

GSM (Global System for Mobile communications) GSM surgió

básicamente por la necesidad de unificar las comunicaciones móviles en Europa, ya que existían muchos estándares analógicos que además de ser complejos eran incompatibles entre si. Esto generaba mucha dificultad a la hora de establecer la comunicación Y fue el principal factor que impulsó el desarrollo del estándar GSM para las comunicaciones móviles. En la Figura 2 se muestra el camino de evolución desde la segunda generación de las redes GSM.

Figura 2. Camino evolutivo de la plataforma GSM Fuente: http://www.monografias.com/trabajos15/telefonia-celular/telefoniacelular.shtml •

Características de GSM

se caracteriza por ofrecer muchos beneficios y

facilidades en la comunicación incluyendo el control de llamadas y los mensajes cortos SMS, además ofrece un buen rango de velocidades de transmisión, desde los 300 bps, hasta 9.6 Kbps, de esta forma aumentan las velocidades de transmisión y la comunicación es constante. - Usa TDMA/FDMA de banda estrecha, dentro de la banda de 850/900/1800/1900 MHz. - GSM utiliza dos bandas de frecuencia de 25Mhz de anchura c/u: Ascendente (de móvil a estación base) entre 890 y 915 MHz. Descendente (de estación base a móvil) entre 935 y 960 MHz. - Cada banda está subdividida en 125 canales. - Cada canal se divide mediante TDMA en ocho ranuras. - Cada ranura da servicio a un usuario, transportando 22,8 Kb/s (datos a 9,6 Kbps y voz a 13,2 Kbps). - FDMA lleva a efecto la división del ancho de banda disponible máximo (25 MHz en GSM 900 y 75 MHz en GSM 1800) en 124 portadoras en GSM 900, o 374 portadoras en GSM 1800

(portadoras de 200 KHz).

- Cada portadora es dividida en slots estaciones bases.

a través de TDMA y asignadas a las

•

Arquitectura de una red GSM Todas las redes GSM se pueden dividir en

cuatro partes fundamentales: estación móvil (MS), estación base (BSS), subsistema de conmutación y red (NSS), subsistemas de soporte y operación (OSS). En la Figura 3 se muestra la configuración general de los subsistemas en la red y los componentes importantes de cada uno de dichos subsistemas.

Figura 3. Arquitectura de una red GSM Fuente: http://www.iec.org/online/tutorials/gsm/topic03.html - Estación Móvil o Mobile Station (MS) La estación móvil es la componente externa y visible de la red, es decir, la única parte del sistema completo con la que el usuario interactúa. Entre ellas están las estaciones móviles de mano que son las más comunes y utilizadas, sin embargo otras estaciones pueden estar ubicadas en los automóviles y en portátiles.

- Estación Base o Base Station Subsystem (BSS) El BSS está en contacto directo con las estaciones móviles a través de la interfaz de radio, por lo tanto,

incluye los equipos encargados de la transmisión y recepción de radio, y de su gestión. Por otro lado, el BSS está en contacto con los conmutadores del NSS. La misión del BSS se puede resumir en conectar la estación móvil y el NSS, y por lo tanto, conecta al usuario del móvil con otros usuarios.

- Subsistema de Conmutación y Red o Network and Switching Subsystem (NSS)

Este subsistema tiene la responsabilidad de comunicar

los diferentes

usuarios de la red y se divide a su vez en siete sistemas diferentes: Mobile Services Switching Center (MSC), Gateway Mobile Services Switching Center (GMSC), Home Location Registrer (HLR), Visitor Location Registrer (VLR), Authentication Center (AuC), Equipment Identity Registrer (EIR), GSM Interworking Unit (GIWU)

- Subsistemas de soporte y Operación u Operation and Support Subsystem (OSS) Los OSS se conectan a diferentes NSS y BSC para controlar y monitorear toda la red GSM. La tendencia actual en estos sistemas es que, dado que el número de BSS se está incrementando se pretende delegar funciones que actualmente se encarga de hacerlas el subsistema OSS a los BTS de modo que se reduzcan los costes de mantenimiento del sistema. •

WAP en GSM El Protocolo de Aplicaciones Inalámbricas (WAP) apareció en

1999 como un estándar internacional que permitió por primera vez el acceso a servicios de Internet en los dispositivos móviles a través de conexiones inalámbricas. El desarrollo de este protocolo fue promovido por empresas líderes del sector de las comunicaciones como Nokia, Ericsson, Motorola y Unwired Planet a los que se unieron más de 200 empresas de todo el mundo. WAP es un protocolo que permite a móviles de diferentes tecnologías tener acceso a Internet y utilizar la red. Debido a la velocidad de transmisión (9,6 Kbps) y al interfaz del GSM la navegación no se realiza a través de las páginas HTML, sino que se utiliza el formato WML, lenguaje de marcas basado en XML y que está diseñado exclusivamente para esta tecnología. Este formato permite optimizar los ficheros

de datos para poder ser transmitidos por redes GSM. Cuando WAP apareció en 1999 todos los actores del sector de las comunicaciones inalámbricas profetizaron la explosión del acceso a Internet a través de teléfonos móviles GSM dotados de tecnología WAP, pero las tasas de penetración de esta tecnología no tuvieron los niveles esperados.

- Limitaciones de WAP sobre GSM Existen una serie de limitaciones cuando hablamos de WAP bajo GSM. Estas bajan la calidad del servicio y por esto no cuenta con una gran aceptación entre los usuarios. Las principales limitaciones del servicio son: •

Tiempo de acceso real a la información muy elevado.

•

Alto coste de utilización.

•

No admite elementos gráficos de calidad.

•

Aplicaciones limitadas y de escaso valor añadido para el usuario.

WAP a pesar de su evidente fracaso debido a las bajas velocidades de acceso se mostró como el primer sistema de comunicaciones vía Internet y es la plataforma básica para adaptarse a los nuevos estándares de transmisión de datos, en concreto GPRS.

2.2.2. sistemas

PCS (Personal Communications Service) celulares

lleva

convergencia

con

La evolución de los otros

sistemas

comunicaciones móviles e inalámbricas, en una tendencia mundial, llegando a sistemas como PCS (Personal communication service).

•

Características del sistema PCS

El sistema establece conexiones con

redes actuales como PSTN, RDSI, redes de telefonía celular y los sistemas móviles basados en satélites y otras redes. Esto es necesario para permitir la movilidad y ofrecer servicios de comunicación sin importar la localización. Ofrece alta capacidad por medio de técnicas avanzadas, servicios multimedia de alta calidad de voz, altas velocidades de transmisión de datos, video y servicios

equivalentes de RDSI. El servicio de ROAMING es global y automático, además no existe ningún tipo de limitación con las demás redes. PCS es una colección de estándares PCS que se basan en el Standard PCS original Tabla 1. Estándares basados en PCS PCS Standard

Base Standard

PCS TDMA

IS-136

PCS CDMA

IS-95

PCS 1900

GSM

PACS

PHS cordless

DCT-U

DECT cordless

Composite CDMA/TDMA

n/a

Tabla 2. Frecuencias con que trabaja PCS Type

Lower (MHz) Upper (MHz)

Narrowband 800

901

Narrowband 930

931

Narrowband 940

941

Broadband

1850

1910

Unlicensed

1910

1930

Broadband

1930

1990

La estructura general de una red PCS contiene cinco elementos importantes que son básicos en el funcionamiento del sistema. - Terminal portátil (terminales de mano o instalados en automóviles). - Estación base (retransmite las señales). - Oficina de conmutación inalámbrica (para la conmutación y el enrutamiento de las llamada telefónica inalámbricas).

- Base de datos (almacena informaci贸n de clientes y otras celdas). - Conexi贸n a la oficina central PSTN.

Figura 4. Estructura de red PCS Fuente:http://www.monografias.com/trabajos3/pcscolombia/pcscolombia.shtml

La red PCS como tal se divide en 3 subsistemas:

- Sistemas de conmutación

El sistema de conmutación es responsable del

procesamiento de llamada y las funciones relacionadas con el suscriptor.

- Sistema De Estación Base Todas las funciones de interfaz de radio se realizan en el sistema de estación base.

- Sistemas de soporte de operaciones

El OSS es la entidad funcional con la

que el operador de la red supervisa y controla el sistema. El propósito del OSS es ofrecer soporte rentable al cliente para las actividades de operación y mantenimiento centralizado, regional y local que se requieren para una red.

- Elementos Funcionales Adicionales Centro de mensajes, Nodo de servicio móvil, Unidad para interworking

2.2.3. TDMA (Time Division Multiple Access) Este sistema se desarrolló en 1992 como continuación de AMPS. Se puede decir que es la forma digital del sistema AMPS. TDMA Opera en las bandas de 800 Mhz y el espacio entre canales es

de 30

Khz, además permite una transición suave desde el sistema analógico AMPS al digital IS- 136 (que utiliza TDMA) y usa handoff de tipo MAHO.

2.2.4. CDPD (Cellular Digital Packet Data)

Es un sistema de servicio de

paquetes de datos para los sistemas AMPS/TDMA. CDPD es una red sobrepuesta que hace uso de la infraestructura de las redes existentes.

Figura 5. Red con CDPD Fuente:http://www.ericsson.com.mx/wireless/products/mobsys/tdma/cdpd.shtml •

Características del sistema CDPD

- Usa la misma frecuencia y ancho de banda de canales AMPS/TDMA. Por lo tanto, la planeación celular, sitios y líneas de transmisión pueden ser compartidos con el sistema celular. - Provee un servicio seguro ya que incluye autenticación de los móviles y encriptación automática de datos sobre la Interfaz de aire. - CDPD optimiza el espectro ya que puede dar servicio a varios subscriptores mediante un solo canal de paquetes de datos compartido.

- La estación base (MBDS) esta integrada con la nueva generación de radio estaciones base 884 para minimizar los requerimientos de hardware en los sitios celulares.

Figura 6. Arquitectura CDPD Fuente:http://www.ericsson.com.mx/wireless/products/mobsys/tdma/cdpd_caract eristicas.shtml

La RBS 884 utiliza la misma plataforma de hardware para AMPS, TDMA y CDPD. Esto asegura un diseño modular, bajo costo y optimización de los recursos existentes. Además, permite que CDPD haga uso de las mejoras y desarrollos del hardware de la RBS 884. El resto de los elementos de la red CDPD son, en general, servidores de aplicaciones y unidades de comunicación de datos basados en tecnologías abiertas. La solución CDPD de Ericsson está diseñada para que cualquier red TDMA existente, pueda brindar servicio de CDPD independientemente del fabricante del equipo. 2.2.5. CSD (Circuit Switched Data) Esta tecnología permite a los operadores inalámbricos entrar al mercado de la transmisión de datos y paquetes de información. La función permite a los abonados móviles transferir datos sobre las redes inalámbricas usando un Canal de Tráfico Digital (DTC - Digital Traffic Channel) y una Unidad de Interconexión o Interworking Unit (IWU). Además con el empleo del Sistema Integrado de Acceso (IAS) el abonado móvil podrá acceder a las redes de Internet o Intranet a través de una conexión IP sin tener que pasar por la red pública telefónica.

Figura 7. Sistema CSD Fuente:http://www.ericsson.com.mx/wireless/products/mobsys/tdma/csd.shtml

La unidad Data Transmission Interworking (DTI) es el equipo Ericsson que implementa la funcionalidad IWU. Esta unidad reside en la central celular, con la cual los usuarios del operador están en posibilidad de navegar en Internet mediante una computadora portátil, y un teléfono celular. También podrán enviar faxes, por lo que no importará donde se encuentren ubicados. Esta aplicación también es conocida como Datos Digitales y Fax o Digital Data and Fax.

2.2.6. CDMAone CDMA (Code Division Multiple Access), es reconocida como una de las tecnologías de más velocidad en el mundo. La tecnología CDMAone ofrece a los operadores gran eficiencia espectral, excelente calidad de llamada, planeación de sistema simplificada (por medio del uso de la misma frecuencia en cada sector de cada célula y en todas las celdas) privacidad mejorada e incremento en el tiempo de llamada para los dispositivos portátiles. enfocándose siempre hacia el futuro provee un soporte evolutivo hacia la tecnología de tercera generación CDMA2000, preservando las inversiones en equipo.

•

Red CDMAone

Figura 8. Esquema de una red CDMAone Fuente: http://www.cdg.org/technology/2g.asp Los sistemas CDMAone están basados en tecnología de espectro disperso, la cual ha ganado aceptación mundial por los operadores de red. Las redes cdmaOne tienen la habilidad de incrementar dramáticamente la capacidad y la calidad en el servicio. La tecnología CDMA ofrece a los operadores una respuesta a la demanda de capacidad en sus redes. La gran capacidad de CDMA se debe al uso de tecnología de espectro disperso, la cual codifica y dispersa todas las conversaciones a través de una banda de espectro (1.25 MHz) Este esquema permite a un gran número de usuarios compartir simultáneamente la misma portadora de 1.25 MHz. Esta técnica difiere de la utilizada para transmitir voz y datos sobre redes de Acceso Múltiple por División de Tiempo (TDMA), la cual asigna a cada usuario una ranura de tiempo en una banda angosta del espectro.

2.3. GENERACION 2.5 (Intermedia)

Las primeras generaciones de la telefonía celular (1G y 2G) se fundamentaron en la prestación de servicios de voz y pocas opciones a la hora de transmitir datos como archivos y documentos de peso, por esto simultáneamente con las primeras pruebas e investigaciones de la tercera generación, se desarrolló una generación intermedia que sirve como puente entre 2G y 3G, con relación a los servicios de transmisión de datos.

Estas tecnologías

permiten más opciones de datos en

comparación a los sistemas de segunda generación pero son inferiores a los sistemas de tercera generación en relación al procesamiento de video y multimedia.

2.3.1. HSCSD (High Speed Circuit Switched Data)

Esta tecnología surgió

gracias a mejoras en los servicios de datos de GSM basados en conmutación de circuitos, para conseguir anchos de banda superiores a 9.6 Kbps. El incremento de velocidad se consigue usando múltiples timeslot para una conexión. Con HSCSD es posible alcanzar velocidades de hasta 57.6 Kbps en la red GSM, sin embargo, su capacidad de transmisión es muy limitada y no soporta el Protocolo de Internet (IP), lo que impide el acceso a Internet. La mayor parte de los servicios de datos están localizados en el MS Terminal Adaptation Functions (TAF) y en el Interworking funcionality (IWF), HSCSD sigue las mismas líneas funcionales. En el MS y el IWF, el flujo de datos es dividido en múltiples subcanales y combinados en el otro extremo, esta operación es transparente para la BTS. En el interfaz A varios canales se multiplexan en un canal de 64 Kbps.

Figura 9. Arquitectura HSCSD Fuente: http://www.it.uc3m.es/~gavilan/apuntes/gsm_datos1.pdf

2.3.2. GPRS (General Packet Radio Service) El sistema de comunicaciones móviles GPRS fue introducido por la ETSI (European Telecommunication Standard Institute) y se fundamenta en el mejoramiento de la comunicación para transmitir datos a través de la conmutación de paquetes vía radio. Este servicio genera mejores formas de comunicación, mejorando los servicios que se tenían como: WAP, Palm.net e I-node. La diferencia de esta tecnología con respecto a los otros servicios es que se tiene la posibilidad de mantener la conexión de forma continua a la red y así procesar y transmitir datos constantemente. Por ejemplo, con HSCSD es necesario establecer una conexión con el proveedor del servicio a través de una llamada, en cambio con GPRS se establece la conexión sin necesidad de gastar una llamada y se mantiene hasta que el usuario lo necesite (siempre si es necesario). Puesto que se usa conmutación de paquetes, la capacidad de la red se reparte entre los usuarios. Si hay pocos usuarios conectados se tendrán unas velocidades de datos altas, de hasta 115Kbps. Si hay muchos usuarios la velocidad se verá reducida. Puesto que la conexión es permanente, la tarificación no se hace por las llamadas ni por el tiempo de conexión sino por el tráfico de datos generado.

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Arquitectura de la red GPRS

Figura 10. Arquitectura general de una red GPRS Fuente:http://www.mailxmail.com/curso/informatica/gsm/capitulo6.htm

La arquitectura de red de GPRS está basada fundamentalmente en GSM con el agregado de algunos elementos necesarios para el procesamiento de los paquetes y la conexión a Internet. Los elementos básicos para pasar de una red GSM a una plataforma para GPRS son: - Dos nodos de soporte GPRS: el nodo de servicio (SGSN) y el de pasarela (GGSN) cuyas misiones son complementarias. En líneas generales el SGSN se encarga de la gestión de la movilidad y del mantenimiento del enlace lógico entre móvil y red. El GGSN es el que proporciona el acceso a las redes de datos. Los servicios basados en conmutación de paquetes son enrutados a través de las interfaces Gb y Gn hacia el SGSN y el GGSN antes de interconectarse a la Red de Paquetes de Datos (PDN).

- Actualizaciones de software para CCU (Channel Codec Unit) en las BTS. - Nuevo hardware en el controlador de estación (BSC). Este hardware se denomina PCU (Packet Unit Control /Unidad de Control de Paquetes). El PCU controla la actividad GPRS de una celda, es decir, es responsable de las funciones de capa

inferior tales como Control de Enlace de Radio (Radio Link Control) y Control de Acceso al Medio (Medium Access Control), en la interfaz Um el PCU controla: la segmentaciรณn de unidad de protocolo de datos, Reensamblaje control de canal de acceso, gestiรณn del canal de radio, programaciรณn del Canal de Paquetes de Datos (PDCH), detecciรณn de errores de transmisiรณn, retransmisiรณn automรกtica selectiva o Peticiรณn automรกtica de repeticiรณn (ARQ), etc. - La red troncal GPRS o backbone basado en IP. En la Figura 11 se muestra con claridad los diferentes elementos agregados y su ubicaciรณn en la red.

Figura 11. Elementos bรกsicos de la red GPRS Fuente:http://www.frecuenciaonline.com/espanol/mostrarnoticia.php?id=39&notici aid=168&PHPSESSID=4b6a98dded0b23b2d7d3b281e12e2c67

Figura 12. El GGSN actรบa de pasarela entre la red troncal GPRS y las redes externas Fuente:http://banners.noticiasdot.com/termometro/boletines/docs/consultoras/ha vet/2002/havet_gprs_011106.pdf

Figura 13. El SGSN se encarga de la entrega de paquetes entre los móviles Fuente:http://banners.noticiasdot.com/termometro/boletines/docs/consultoras/ha vet/2002/havet_gprs_011106.pdf

En la arquitectura GPRS surge un concepto clave que rige la transmisión de los datos llamado tunneling. Gracias al tunneling lo importante a la hora de transmitir información es la dirección final de destino independientemente del medio o ruta que siga esta información.

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El tunneling se basa en:

- Encapsulado de los datos con introducción de cabeceras de direcciones de destino y origen. - Actualización de tablas de enrutamiento existentes (tanto en el SGSN y el GGSN). - Asignación de una dirección IP al móvil.

Figura 14. Características mas importantes de GPRS Fuente:http://banners.noticiasdot.com/termometro/boletines/docs/consultoras/ha vet/2002/havet_gprs_011106.pdf

Velocidades de transferencia de datos

Con esta tecnología se puede

alcanzar una velocidad teórica de 171,2 Kbps, en la práctica la velocidad se reduce considerablemente, sin embargo, sigue siendo mucho mayor que tecnologías de segunda generación. GPRS divide las frecuencias disponibles en el sistema en timeslots o espacios de tiempo, cada timeslot proporciona 21.4 Kbps a la transmisión, a cada usuario se le asignan 8 timeslots con lo que teóricamente se dispondría de 171,2 Kbps. En la práctica se asignan de dos a 4 timeslots de bajada de datos y de uno a dos de subida. En condiciones óptimas de calidad de señal cada timeslot ofrece una velocidad máxima ya que es mínimo el nivel de chequeo de errores que se ejecuta, sin embargo, estas condiciones son casi inviables por lo que cada timeslot en el sistema de codificación mas viable, que es el de dos, aporta solo 13,4 Kbps en lugar de los 21,4 Kbps que serian posibles en condiciones óptimas, con lo cual los

teléfonos que soporten dos slots para subida de datos tendrán una velocidad máxima de 26,8 Kbps y los que soporten tres, 40,2 Kbps. La velocidad de los datos es mayor en el sentido ascendente de la línea que en el descendente. Estas velocidades son a nivel de enlace de radio. A esto habría que añadir los diferentes datos de control que utilizan los protocolos de comunicación, así como la posible congestión de la red. Para conseguir la velocidad máxima de 172,2 Kbps una operadora debería destinar todos los recursos a una única llamada GPRS, pero es improbable que un operador de servicios permita que todos los canales de transmisión sean usados por un solo usuario.

Figura 15. La velocidad máxima real de GPRS no supera los 56 Kbps Fuente:http://banners.noticiasdot.com/termometro/boletines/docs/consultoras/ha vet/2002/havet_gprs_011106.pdf

- Facturación.

La facturación del servicio GPRS se basa en el volumen de datos

transferidos y no en el tiempo de conexión a la red. La principal característica de GPRS es que se cobran exclusivamente los paquetes a nivel IP esto significa que se cobra solo cuando el sistema establece conexión con redes externas a la red GPRS ya sea por datos recibidos por el móvil desde la red o datos enviados por el móvil a la red. Debido al sistema de conmutación de paquetes surge un problema para determinar la cantidad de datos transferidos ya que al ser estos subdivididos en paquetes, se pueden presentar errores durante la transferencia, entonces el

usuario tendría que volver a pagar mas veces por la misma cantidad de información al ser necesaria una nueva transferencia. También puede pasar que el móvil no envíe una certificación de recibo al servidor correspondiente y este envíe dos veces el paquete IP solicitado, en este caso se cobrarían los dos envíos. Por otro lado si los problemas ocurren en el enlace de radio, es decir,

por

conexión de la señal no se cobra la transmisión interrumpida y se reenvían los datos. La forma de cobro de transferencia de datos en GPRS es de mucha ventaja para los usuarios, ya que si por ejemplo se quiere establecer una conexión con una pagina WAP, se cobrara el proceso de descarga de ficheros que componen el sitio WAP, una vez descargado en el dispositivo no se cobra por el tiempo de navegación. Las principales formulas de cobro de GPRS son: - Ofrecimiento de bonos mensuales con un número determinado de MB, superado ese volumen se cobraría por cada Kbyte descargado. - Otra opción es ofrecer tarifas diferenciando entre mercado domestico y empresarial.

- Voz y Datos En El Mismo Móvil. Gracias a la complementariedad de GSM con GPRS se puede tener el acceso a un móvil que combine las dos tecnologías, ya que se dispone de una capacidad dual al estar preparados para utilizar GSM para voz y mensajes cortos y GPRS para transmisión de datos. Estos teléfonos móviles tienen una pantalla más amplia para aprovechar mejor los servicios de imagen y visualización de descargas. Además de ofrecer el servicio de voz y datos, estos móviles sirven como MODEM para conectar ordenadores portátiles y PDA a Internet.

- Soporte De Protocolo IP GPRS define un método de acceso a redes IP. Estas redes utilizan la conmutación de paquetes, lo que optimiza la utilización del espectro de radio disponible al no ser necesario que un canal de radio sea utilizado

para la transmisión de un punto a otro. Los datos son divididos por paquetes, que son enviados separadamente. La información viaja a través de la red hasta llegar a su destino, y es reconstruida ahí y presentada en su forma original. Todas las partes que componen los datos están relacionadas unas con las otras, pero la forma en cómo viajan y son reagrupadas varía. Los paquetes viajan por las frecuencias disponibles, lo que permite que un número elevado de usuarios de GPRS pueda compartir el mismo ancho de banda. Esto permite al sistema GSM: a. Proporcionar velocidades de acceso a Internet e intranets. b. Mejora la eficacia de la red. - Always On. La percepción por parte del usuario es la conexión constante con la red ya que GPRS permite que se mantenga el acceso a la red IP en cualquier momento y de forma instantánea. Esta característica permite ahorrar el tiempo de conexión cada vez que se requiere una información.

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Ventajas del sistema GPRS

- GPRS ofrece interoperabilidad con CDMAone y la posibilidad de adaptación a sistemas de tercera generación. - Mejora la calidad y la capacidad de la voz ya que elimina efectos de fanding (atenuación) multitrayecto y ofrece una y media y dos veces la velocidad de CDMAone. - En cuanto a las antenas, ofrece el servicio de antenas inteligentes (follow-me), además de capacidad y cobertura mejorada y pocas ubicaciones de celda. - Ofrece confiabilidad en el acceso y vida de la batería extendida, incluyendo bajo consumo de energía lo cual ofrece mas tiempo de conversación y baterías mas pequeñas y livianas. - Permite la utilización de Bluetooth/WAP y tiempos de stand by más largos.

2.3.3. EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution)

Como su nombre

lo indica es una evolución de GSM/GPRS que surge básicamente para aumentar las tasas de transmisión de datos. Esta tecnología supondría un importante paso

adelante, permitiendo a las operadoras mayores velocidades de transmisión y un amplio abanico de contenidos multimedia. La tecnología EDGE se relaciona con el aumento de la capacidad de transmisión de la interfaz aérea en el estándar GSM actual, facilitando a estas redes la capacidad de suministrar servicios de telefonía móvil basados en IP y a unas velocidades reales de 384 Kbps. El sistema EDGE incluye conmutación por circuitos (ECSD - Enhanced Circuit Switched Data) con tres canales nuevos de tráfico y también conmutación por paquetes como en la tecnología GPRS (EGPRS).

- Arquitectura GPRS/EDGE

Figura 16. Arquitectura EDGE Fuente: http://www.3gamericas.org/pdfs/eof_rio/07-TIM_ChileGustavoMarambio.pdf

EDGE es totalmente compatible con la tecnología GPRS y se enfoca principalmente a la transmisión de datos, presentando las siguientes mejoras: – Nueva modulación 8PSK (antes GMSK- 2 estados) – Nuevas codificaciones canal MCS-1 a MCS-9 (hoy CS-1 y CS-2) – Nuevas clases de terminal (4TSL en DL para datos) – Mayor velocidad (2,5 veces GSM/GPRS) – Adaptación enlace (incremento redundancia, cambio dinámico de Codificación y modulación)

Las velocidades aumentan considerablemente pasando a velocidades teóricas de 473,6 Kbps y reales de 50 a 100 Kbps.

2.3.4. CdmaOne (IS-95B)

Esta tecnología surge como evolución de la IS-95A,

se basa en los mismos parámetros y arquitectura con cambios en las velocidades de transmisión y enfocándose mas hacia la transferencia de datos conmutados por paquetes y señales de voz conmutadas por circuitos. Las empresas KDDI, en Japón, y SKT, en Corea, implementaron esta tecnología en 1999. En teoría, ella provee tasas de datos de hasta 115 Kbps, y alcanza, generalmente, valores prácticos de 64Kbps. La CdmaOne/IS-95-B ahora está siendo sustituida por la CDMA2000 1X, de mayor capacidad y velocidad.

2.4. TERCERA GENERACION (3G)

La 3G se caracteriza por concebir a la convergencia de voz y datos con acceso inalámbrico a Internet; en otras palabras, es apta para aplicaciones multimedia y altas transmisiones de datos. La característica básica de estos sistemas de tercera generación es la velocidad y el soporte de un gran numero de aplicaciones que incluyen audio (mp3), video en

movimiento, videoconferencia y acceso rápido a Internet, entre otros. Los sistemas 3G alcanzan velocidades de hasta 384 Kbps permitiendo una movilidad total a usuarios, viajando a 120 kilómetros por hora en ambientes exteriores. También alcanzará una velocidad máxima de 2 Mbps, permitiendo una movilidad limitada a usuarios, caminando a menos de 10 kilómetros por hora en ambientes estacionarios de corto alcance o en interiores. Los avances de sistemas de tercera generación que adelanta la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU) han dado paso a la creación de IMT2000

(International

Mobil

Telecommunication-2000).

Esta

serie

recomendaciones para la creación de estándares de 3G, han sido creadas con el objetivo de valorar y especificar los requisitos de las normas celulares para la prestación de servicios de datos y multimedia a alta velocidad. En Europa, el Instituto Europeo de Telecomunicaciones (ETSI) ha propuesto la norma

paneuropea

tercera

generación

UMTS

(Universal

Mobile

Telecommunication System). UMTS es miembro de la familia global IMT-2000 del sistema de comunicaciones móviles de “tercera generación” de ITU. En Estados Unidos el Instituto Americano de Estándares (ANSI) basa su llegada a 3G a través de la evolución de AMPS/IS-136 y CDMA/IS-95. Por otra parte, en Japón la Asociación de Industrias de la Radio y Radiodifusión (ARIB) realizó sus investigaciones basadas en CDMA para la elaboración de normas de tercera generación. Los organismos regionales de normalización ETSI (Europa), TIPI (EUA), ARIB (Japón) y TTA (Corea) trabajaron en propuestas separadas de la norma W-CDMA. Estos entes regionales sumaron esfuerzos en el Proyecto de Asociación 3G (3GPP), y hoy en día existe una norma conjunta W-CDMA. La ITU recibió tres familias de propuestas FDD (WCDMA, cdma 2000 y UWC 136) y tres propuestas TDD (UTRA /TDD y TDD-SCDMA), además DECT que trabaja en modo FDD y TDD. Posteriormente se coordinaron esfuerzos para armonizar los candidatos IMT- 2000 y finalmente disponer de las normas comprimidas de tercera generación.

2.4.1. Evolución De Los Sistemas Celulares A 3G

Los distintos entes

involucrados en los sistemas 3G han propuesto, básicamente, dos sistemas de tercera generación: CDMA2000 y UMTS. En los siguientes diagramas se muestra la evolución de los sistemas celulares hacia la tercera generación.

Figura 17. Evolución de los sistemas celulares hacia la tercera generación Fuente: http://www.monografias.com/trabajos15/telefonia-celular/telefoniacelular.shtml En la siguiente tabla se muestra en el tiempo las fases de evolución hacia 3G.

Tabla 3. Fases de evolución hacia 3G

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Requerimientos De Un Sistema De Tercera Generación

- Alta velocidad en transmisión de datos, hasta 144 Kb/s, velocidad de datos móviles (vehicular);

hasta 384 Kb/s, velocidad de datos portátil (peatonal) y

hasta 2 Mb/s, velocidad de datos fijos (terminal estático). - Transmisión de datos simétrica y asimétrica. - Servicios de conmutación de paquetes y en modo circuito, tales como tráfico Internet (IP) y video en tiempo real. - Calidad de voz comparable con la calidad ofrecida por sistemas alámbricos. - Mayor capacidad y mejor eficiencia del espectro con respecto a los sistemas de generaciones anteriores. - Capacidad de proveer servicios simultáneos a usuarios finales y terminales. - Incorporación de sistemas de segunda generación y posibilidad de coexistencia e interconexión con servicios móviles por satélite. - Itinerancia internacional entre diferentes operadores (Roaming Internacional). Los sistemas de tercera generación deberán proveer soporte para aplicaciones como: - Voz en banda estrecha a servicios multimedia en tiempo real y banda ancha.

- Apoyo para datos a alta velocidad para navegar por la World Wide Web, entregar información como noticias, tráfico y finanzas por técnicas de empuje y acceso remoto inalámbrico a Internet e intranets. - Servicios unificados de mensajes como correo electrónico multimedia. - Aplicaciones de comercio electrónico móvil, que incluye operaciones bancarias y compras móviles. - Aplicaciones audio/video en tiempo real como videoteléfono, videoconferencia interactiva, audio y música,

aplicaciones multimedia especializadas como

telemedicina y supervisión remota de seguridad.

2.4.2. IMT International Mobil Telecommunications IMT-2000 es una norma de la ITU para los sistemas de tercera generación que proporciona acceso inalámbrico a la infraestructura de telecomunicaciones global por medio de los sistemas satelitales y terrestres.

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Objetivos de IMT-2000 Los objetivos primarios de ITU para IMT-2000

son: - Alto grado de uniformidad de diseño a escala mundial. - Alto nivel de calidad, comparable con la de una red fija. - Eficacia operacional, particularmente para los datos y servicios de multimedia. - Conexión móvil-móvil y móvil-fijo. - La prestación de servicios por más de una red en cualquier zona de cobertura. - Flexibilidad y transparencia en la provisión de servicio global, - La tecnología conveniente para reducir la falta de telecomunicaciones, es decir ofrecer un costo accesible para millones de personas en el mundo que todavía no tienen teléfono. - Utilización de una terminal de bolsillo a escala mundial.

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Interfases De Aire IMT-2000

En 1998 la ITU denomino RTT (Radio

Transmission Technology) a las tecnologías que serían interfaz de aire entre las

estaciones base y los terminales móviles. Las RTT son uno de los elementos más importantes para la definición de las características operativas del IMT-2000. Este conjunto de tecnologías basadas en CDMA se conocen también como interfaz de aire y están acompañadas de tres modalidades de operación, cada una de las cuales puede funcionar perfectamente sobre la red base de GSM y sobre la red base de CDMAone. Las especificaciones técnicas de las RTT terrestres fueron aprobadas en la WRC2000 y se definieron como sigue: •

IMT-2000 CDMA Direct Spread (UTRA W-CDMA)

•

IMT-2000 CDMA Multi-Carrier (CDMA-2000)

•

IMT-2000 CDMA TDD (UTRA TD-CDMA)

•

IMT-2000 TDMA Single-Carrier (UWC-136)

•

IMT-2000 FDMA/TDMA (DECT).

Figura 18. IMT-2000 interfaces de radio terrestre Fuente: http://www.monografias.com/trabajos15/telefonia-celular/telefoniacelular.shtml

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Asignación Del Espectro Para IMT-2000 La asignación de espectro

para IMT-2000 se realizó en la Conferencia Administrativa Mundial de Radiocomunicaciones 1992, WARC 92, asignando 230 MHz en las bandas 18852025 MHz y 2110-2200 MHz.

IMT-2000 comprende también una componente satelital que facilita los aspectos de roaming internacional, así como la obtención de comunicaciones en lugares donde no haya disponibilidad de sistemas terrestres, complementando las celdas Macro, micro y pico. Debido al crecimiento de Internet, las Intranets, el correo

y el comercio

electrónico y los servicios de transmisión de imágenes y sonido; han elevado la demanda de servicios de banda ancha, teniéndose que incrementar los requerimientos de espectro para IMT-2000. La Conferencia Mundial de Radiocomunicaciones WRC-2000 celebrada en Estambul en el año 2000, proporciona tres bandas extras quedando compuesto el espectro para IMT-2000 de la siguiente forma:

Componente terrenal: 806-960 MHz WRC 2000 1710-1885 MHz

WRC 2000

1885-1980 MHz

WARC 92

2010-2025 MHz

WARC 92

2110-2200 MHz

WARC 92

2500-2690 MHz

WRC 2000

Componente Satelital: 1980-2010 MHz

WARC 92

2170-2200 MHz

WARC 92

2500-2520 MHz

WRC 2000

2670-2690 MHz

WRC 2000

Figura 19. Espectro asignado para IMT-2000 Fuente: http://www.monografias.com/trabajos15/telefonia-celular/telefoniacelular.shtml

2.4.3. CDMA2000

Esta versión de red basada en CDMA fue creada básicamente

como una evolución de CDMAone, permitiendo una fácil adaptación del sistema anterior a los nuevos sistemas de tercera generación. La interfaz de red definida para cdma2000 apoya la red de segunda generación de todos los operadores actuales, independientemente de la tecnología: CdmaOne, IS-136 TDMA o GSM. La TIA ha presentado esta norma ante la ITU como parte del proceso IMT-2000 3G para establecer una evolución sencilla y no experimentar un cambio tan brusco en los sistemas. La implementación de CDMA2000 se ha dividido en dos fases (fase I y fase II).

•

Camino Evolutivo De Las Redes CDMA En el siguiente esquema se

muestra el camino evolutivo seguido por las redes CDMA para llegar a 3G.

Figura 20. Camino evolutivo de CDMA Fuente: http://www.monografias.com/trabajos15/telefonia-celular/telefoniacelular.shtml • Ventajas del sistema CDMA 2000 CDMA2000 es una tecnología robusta y eficiente, capaz de soportar el manejo de voz y datos al tiempo. Este estándar fue creado y probado en varias bandas de frecuencia, incluyendo el nuevo IMT2000, el hecho de que el sistema este habilitado para soportar los servicios de voz y datos en la misma portadora hace posible optimizar los costos para los operadores inalámbricos. - Incremento en la capacidad (voz). Las señales de voz son la mayor fuente de tráfico para los operadores móviles sin embargo la transferencia de datos toma cada día mas fuerza en el mercado incrementando la congestión en las redes. CDMA2000 ofrece la más alta capacidad de datos y voz utilizando la menor cantidad del espectro de frecuencias, reduciendo de esta forma los costos en el servicio. CDMA2000 1X soporta 35 canales de tráfico por sector, la alta capacidad del sistema proporciona un rápido control de potencia y una alta diversidad en la transmisión.

- Alta velocidad de transmisión. Los desarrollos actuales de CDMA2000 (fase I) soportan velocidades de transmisión de 153.6 Kbps. Otros adelantos de esta tecnología como CDMA2000 1XEV-DO que se comercializa en Corea, habilita velocidades de transmisión por encima de los 2.4 Mbps y CDMA2000 1XEV-DV es capaz de ofrecer la transferencia de datos de hasta 3.09 Mbps de velocidad. - Flexibilidades en la banda de frecuencias. La red CDMA2000 puede ser implementada en los 450 MHz, 800 MHz, 1700 MHz y 1900 MHz de la banda de frecuencias, también puede ser implementado en otras frecuencias como 900 MHz, 1800MHz y 2100 MHz. La alta eficiencia espectral del sistema permite el tráfico en todos los canales del espectro. - Incrementa la vida de la batería. CDMA2000 incrementa significativamente el desempeño de la batería. - Sincronizaciones.

CDMA2000 esta sincronizado con el UCT (universal

coordinated time). La temporización de la conexión de transmisión hacia delante de todas

las estaciones base en el sistema

sincronizan en unos pocos

microsegundos. La sincronización de la estación base se consigue a través

muchas técnicas como sincronización segura, radio beep, con sistemas satelitales como GPS, Galileo, o GLONASS. La temporización en la conexión hacia atrás esta basada en la sincronización que se deriva de la primera componente de multitrayectoria usada por el Terminal. Los siguientes son los beneficios que tienen todas las estaciones base de una red sincronizada: - El tiempo de referencia común mejora la adquisición de canales o

los

procedimientos de hand-off, siempre que no haya ambigüedad en el tiempo cuando se busca y adiciona una nueva célula en actividad del sistema.

- En las habilitaciones del sistema para operar alguno de los canales comunes en soft hand-off se mejora la eficiencia del canal común de operación. - Las redes con tiempos de referencia comunes permiten la implementación de técnicas eficientes de localización. - Control de potencia

La longitud básica de un cuadro es de 20 ms dividido en

16 grupos de control de potencia, CDMA2000 define una estructura de tramas de 5 ms esencialmente para soportar interferencias de la señal, sin embargo existen tramas de 40 ms y 80 ms, las cuales ofrecen diversidad de mejoras para los servicios de datos. Los canales pueden ser controlados a más de 800 Hz

en las

conexiones de forward y reverse, los bits del comando de control de la conexión de reverse están puntualizados en F-FCH o F-DCCH dependiendo de la configuración del servicio. Los bits del comando de control de la conexión de forward están puntualizados en la última cuarta parte del R-PICH (power control spot). En la transferencia de reverse, la velocidad del control de potencia se reduce a 200 Hz o 400 Hz en ambas direcciones, el subcanal de control de potencia de esta conexión se puede dividir en dos, ambos a 400 bps o uno a 200bps y otro a 600 bps, esto permite dos canales independientes en la conexión de forward. •

Cdma2000 Fase I Las capacidades de la primera fase se han definido en

una norma conocida como 1XRTT. Esta norma introduce datos en paquetes a 144 Kbps en un entorno móvil y a mayor velocidad en un entorno fijo. Las características disponibles con 1XRTT representan un incremento doble, tanto en la capacidad para voz como en el tiempo de operación en espera, así como una capacidad de datos de más de 300 Kbps y servicios avanzados de datos en paquetes. Adicionalmente extiende considerablemente la duración de la pila y contiene una tecnología mejorada en el modo inactivo.

•

Cdma2000 Fase II

La evolución de CdmaOne, hasta llegar a las

capacidades completas de cdma2000, continúa en la segunda fase e incorpora las

capacidades de 1XRTT, usa tres portadoras de 1,25 MHz en un sistema multiportadora para prestar servicios de banda ancha de 3G.

•

Cdma2000 1XEV.

Basado en el estándar 1X, el sistema 1XEV

mejora la velocidad de procesamiento de datos, obteniendo velocidades máximas de 2 Mbps, sin tener que utilizar más de 1,25 MHz del espectro. Los requisitos para los operadores recién establecidos con respecto a 1XEV establecen dos fases. En la primera Cdma2000 1XEV-DO usa una portadora separada de 1.25 MHz para datos y ofrece velocidades de datos de 2.4 Mbps. La fase 2, Cdma2000 1X EV-DV se centra en las funciones de datos y de voz en tiempo real, así como en la mejora del funcionamiento para mayor eficiencia en voz y en datos.

En el siguiente gráfico se pueden apreciar las diferentes fases de las redes CDMA según su velocidad de datos y aplicaciones:

Figura 21. Aplicaciones CDMA2000 de acuerdo a la velocidad Fuente: http://www.monografias.com/trabajos15/telefonia-celular/telefoniacelular.shtml

2.4.4. UMTS/WCDMA

La tecnología UMTS utiliza en su interfaz de aire la

tecnología conocida como WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), en operación FDD (Frecuency Division Duplex) espectro pareado, aunque también se tiene en cuenta la TD/CDMA en operación TDD (Time Division Duplex) espectro no-pareado para uso en recintos cerrados. Esto constituye una solución para esta tecnología que se conoce con el nombre de UTRA. WCDMA es una técnica de acceso múltiple por división de código que emplea canales de radio con una ancho de banda de 5 MHz. En esta gráfica se pueden

visualizar las diferentes fases de evolución de GSM

según su velocidad de datos y aplicaciones:

Figura 22. Aplicaciones UMTS de acuerdo a la velocidad Fuente: http://www.monografias.com/trabajos15/telefonia-celular/telefoniacelular.shtml

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Espectro De UMTS (FDD, TDD)

Figura 23. Espectro UMTS Fuente: http://www.monografias.com/trabajos15/telefonia-celular/telefoniacelular.shtml

•

Arquitectura del Sistema. La arquitectura del sistema UMTS se basa en

una estructura de capas de células que se encargan de establecer la comunicación de acuerdo al tipo de conexión y a la distancia y características del enlace, esto con el fin de brindar servicios en cualquier parte del mundo, ajustándose a diferentes entornos geográficos y densidades de trafico. Las cuatro categorías de capas pueden funcionar simultáneamente dentro de una misma área geográfica.

Figura 24. Arquitectura UMTS Fuente: http://www.monografias.com/trabajos15/telefonia-celular/telefoniacelular.shtml

•

Mega células Tienen radios desde 100 hasta 500 Km. Ofrecen amplia cobertura para zonas con baja capacidad de tráfico a través del uso de satélites no geoestacionarios. Soportan velocidades de estaciones móviles elevadas.

•

Macro células

Tienen radios desde 1 hasta 35 Km. Se emplean para ofrecer coberturas en lugares rurales, carreteras y poblaciones cercanas. Micro células

•

Tienen radios desde 50 m hasta 1 Km. Ofrecen servicio a usuarios fijos o que se muevan lentamente con elevada densidad de tráfico. Pico células

•

Tienen radios menores a 50 m. Ofrecen coberturas localizadas en interiores.

•

Una red UMTS se compone de los siguientes elementos:

- Núcleo de red (core network). El Núcleo de Red incorpora funciones de transporte y de inteligencia. Las primeras soportan el transporte de la información de tráfico y señalización, incluida la conmutación. El encaminamiento reside en las funciones de inteligencia, que comprenden prestaciones como la lógica y el control de ciertos servicios ofrecidos a través de una serie de interfaces bien definidas; también incluyen la gestión de la movilidad. A través del Núcleo de Red, el UMTS se conecta con otras redes de telecomunicaciones, de forma que resulte posible la comunicación no sólo entre usuarios móviles UMTS, sino también con los que se encuentran conectados a otras redes.

- Red de acceso radio (UTRA). La red de acceso radio proporciona la conexión entre los terminales móviles y el Core Network. En UMTS recibe el nombre de UTRA (Acceso Universal Radioeléctrico Terrestre) y se compone de una serie de sistemas de red radio o RNC (Radio Network Controller) y una serie de Nodos B dependientes de él. Los Nodos B son los elementos de la red que se corresponden con las estaciones base.

- Terminales móviles. Las especificaciones UMTS usan el término User Equipment (UE).

โ ข

Esquema De Acceso UTRA El esquema de acceso UTRA se constituye de

la siguiente forma: UTRA FDD: Esquema de acceso multiple: W-CDMA Modulaciรณn BPSK en UL y QPSK en DL UTRA TDD: Equema de acceso multple: Hibrido W-CDMA + TDMA Modulaciรณn QPSK

Figura 25. UTRA Fuente: http://www.monografias.com/trabajos15/telefonia-celular/telefoniacelular.shtml

3. OPCIONES PARA TRANSMISION DE DATOS

3.1. Tecnologías enfocadas a la transmisión de datos Después de analizar en el capitulo anterior las diferentes tecnologías celulares desarrolladas es necesario aclarar que algunas de estas tecnologías están enfocadas a la transmisión de datos y ofrecen mayor capacidad y velocidad a la hora de establecer la transmisión. Por esta razón a continuación se presentan las tecnologías más apropiadas y utilizadas por los operadores en el mundo.

- CSD (Circuit Switched Data): transmisión de datos a velocidades de hasta 9.6 Kbps, se basa en el uso de canales dedicados, por lo que la velocidad es constante durante todo el tiempo que dura una conexión.

- HSCSD (High Speed Circuit Switched Data): hace posible alcanzar velocidades de hasta 57.6 Kbps. Funciona de forma similar a CSD solo que la velocidad se obtiene combinando varios canales de 14.4 Kbps.

- GPRS (General Packet Radio Service): transfiere datos en paquetes a alta velocidad, usando uno o varios canales de la red GSM. Los usuarios comparten estos canales, por esto la velocidad de transmisión varia dependiendo del número de usuarios simultáneos conectados y de la carga de la red.

- UMTS (Universal Mobile Telecommunications System): velocidades de transmisión de hasta 2Mbps, al usar todo el espectro. Ofrece alta seguridad y confidencialidad debido a la utilización de técnicas que permiten acercarse a la capacidad máxima del canal. UMTS permite acceso múltiple de eficacia máxima mientras no coincidan las secuencias de saltos.

3.1.1. HSCSD Vs GPRS

Tabla 4. HSCSD Vs GPRS GPRS

HSCSD

Velocidad durante una sesión de transmisión de datos

3.2.

La velocidad varia dependiendo de la cantidad de La velocidad siempre permanece constante, debido a que información enviada/recibida. Entre mayor cantidad de información se transmita, menor velocidad. Esto cada usuario utiliza un canal a la se debe a que los usuarios comparten los canales vez. Transmisión de archivos electrónicos e e-mail

3.3.

Es más conveniente para transmitir archivos Es recomendable para pequeños, e-mail de texto debido a que la transmitir/recibir archivos transmisión de archivos grandes puede llevar mucho electrónicos grandes e e-mail con tiempo. archivos adjuntos. Navegación en Internet y WAP Es más conveniente para navegar en Internet con un propósito bien definido, por ejemplo, leer un email o buscar información específica en una pagina Web.

Recomendable para WAP. En Web es mas conveniente si se busca información o leer noticias, ya que no importa cuanto tiempo tome buscar o leer, únicamente se paga por cantidad de datos transmitidos.

3.2. Transmisión de datos en GSM

El sistema celular GSM ofrece las tecnologías de transmisión de datos más importantes y presenta una evolución desde HSCSD hasta EDGE. Esta evolución se centra en el aumento de las velocidades de transmisión.

Tabla 5. Evolución datos GSM

3.3. Operadores Nacionales Para implementar la transferencia de datos a través de las redes celulares es necesario tener en cuenta los servicios, planes y equipos que ofrecen los operadores de telefonía celular en Colombia, de esta forma se puede escoger el mejor servicio y la mejor opción para la aplicación que se necesite, en este caso para el UAV. Los operadores celulares ofrecen una amplia gama de servicios y planes dependiendo de la cantidad de datos que se transmitan, por lo general los planes

están divididos por paquetes que incluyen una cantidad de información determinada.

3.3.1. Servicios De Datos COMCEL El servicio de datos comcel esta basado en tecnología GPRS, la cual esta activa en cualquier plan pospago COMCEL. Esta tecnología ofrece: •

Acceso al servicio en toda la zona de cobertura COMCEL 3GSM.

•

Como usuario de COMCEL se pueden recibir llamadas de voz mientras está conectado.

•

Además el cobro se realiza con base en la cantidad de información enviada/recibida.

Ahora es posible disfrutar de esta tecnología. El servicio GPRS ya está activo en cualquier celular 3GSM, No es necesario realizar ninguna solicitud para acceder desde el celular a Internet y a WAP. La tarifa es de $15 + IVA por KB. COMCEL también ofrece paquetes de GPRS con tarifas más económicas y cantidad de información limitada para controlar el envío de información Tabla 6. Servicios de paquetes de datos para clientes personales Servicio

Cargo fijo mensual Kilobytes incluidos

Valor KB. adicional

DATOS 3

$12.000 + IVA

3 Megas (3.072 kbytes)

$9.5 + IVA

DATOS 7

$25.000 + IVA

7 Megas (7.168 kbytes)

$9.0 + IVA

DATOS 10 $33.000 + IVA

10 Megas (10.240 kbytes) $8.0 + IVA

DATOS 15 $45.000 + IVA

15 Megas (15.360 kbytes) $7.0 + IVA

DATOS 20 $55.000 + IVA

20 Megas (20.480 kbytes) $6.0 + IVA

Tabla 7. Servicios de paquetes de datos para clientes corporativos

•

Servicio

Cargo fijo mensual Kilobytes incluidos

Valor KB. adicional

DATOS CORP 8

$20.000 + IVA

$8.0 + IVA

8 Megas (8.192 kbytes)

DATOS CORP 15 $30.000 + IVA

15 Megas (15.360 kbytes) $7.0 + IVA

DATOS CORP 20 $35.000 + IVA

20 Megas (20.480 kbytes) $6.0 + IVA

DATOS CORP 35 $50.000 + IVA

35 Megas (35.840 kbytes) $5.0 + IVA

DATOS CORP 50 $70.000 + IVA

50 Megas (51.200 kbytes) $4.5 + IVA

Estos servicios están destinados para usuarios pospago GSM que requieran navegar por WAP o INTERNET con su celular.

•

Se activa como servicio adicional a la línea de voz.

•

Los equipos SIEMENS A56, NOKIA 1100, y SONY-ERICSSON T106 no tienen la funcionalidad GPRS por lo que no permitirán navegar en WAP ni Internet.

•

Los Kilobytes incluidos no son acumulables mes a mes.

Equipos Especiales Para Datos COMCEL ofrece un servicio especial de

transmisión de datos con equipos especiales disponibles para conectar al portátil y para diferentes aplicaciones en la industria. Este servicio se conoce como DATUM-COMCEL que ofrece diferentes equipos especiales para la transmisión de datos y diferentes tecnologías de funcionamiento. - Enfora GSM 1218 Enfora SA-GL es un MODEM inalámbrico IP (GSM/GPRS) económico y compacto. Puede recibir prácticamente cualquier dispositivo que tenga puerto serial, soporta Windows 98, 2000 Professional y XP. Es totalmente portátil y funciona bajo condiciones ambientales extremas gracias a su sólida cubierta.

Figura 26. Enfora GSM 1218 Fuente: https://www.enfora.com/shop/detail.aspx?ID=35

Enfora GSM 2208

El enfora MT-G es un dispositivo inalámbrico IP

(GSM/GPRS) especial para el seguimiento de vehículos. El enfora MT-G combina la potencia de la generación 2.5 de la telefonía celular con la localización a través de GPS. Posee puerto inalámbrico de voz y datos para transmisión de datos, e-mail y voz.

Figura 27. Enfora GSM 2208 Fuente: https://www.enfora.com/shop/detail.aspx?ID=35 - Tarjeta para PC GC83 GPRS/EDGE

La tarjeta para computadora GC83

GPRS/EDGE es una herramienta de comunicación de datos que proporciona accesibilidad inalámbrica, altas velocidades de transferencia de datos y verdadera movilidad global. La GC83 ofrece potencia y facilidad para navegar en Internet,

descargar archivos adjuntos, conectarse a redes corporativas y administrar correos electrónicos desde prácticamente cualquier parte.

Figura 28. Tarjeta para PC GC83 Fuente:http://www.sonyericsson.com/spg.jsp?cc=co&lc=es&ver=4000&template =pp1_loader&php=php1_10153&zone=pp&lm=pp5_1&pid=10153 Las plataformas que admite la GC83 son Windows 98SE, Me, 2000 y XP. En el CDROM que se incluye en el paquete GC83 se encuentra todo lo necesario para comenzar, configurar y administrar la tarjeta para PC GC83. Este dispositivo funciona en una banda triple de frecuencias de GSM, ya que soporta bandas de 850, 1800 y 1900 Mhz. Además soporta dos tecnologías diferentes para la transmisión de datos, EDGE y GPRS, con cada una de las tecnologías se logran diferentes velocidades de transmisión:

GPRS

Clase 10 (4+2, máx. 5), CS (1-4) •

Hasta 53,6 Kbps descendente (recepción)

•

Hasta 26,8 Kbps ascendente (envío)

EDGE

Clase 10 (4+2, máx. 5) •

Hasta 247,4 Kbps descendente (recepción)

•

Hasta 123,7 Kbps ascendente (envío)

- Tarjeta para PC EDGE GC82 El primer producto EDGE de Sony Ericsson, la tarjeta PC GC82, proporciona a los usuarios de ordenadores portátiles una de las formas más rápidas y cómodas de acceder de forma inalámbrica a Internet y a redes intranets corporativas. Se trata del primer paso que se sirve de las redes 3G y ofrece un rendimiento hasta tres veces más rápido que GPRS (Servicio general de radio por paquetes). Esta tarjeta PC EDGE es de doble banda y puede utilizarse en cualquier lugar en donde se admitan redes GSM 850/1900 MHz.

Figura 29. Tarjeta para PC GC82 Fuente:http://www.sonyericsson.com/spg.jsp?cc=co&lc=es&ver=4000&template= pp1_loader&php=php1_10049&zone=pp&lm=pp5_1&pid=10049 Es Compatible con MS Windows® 98SE / Me / 2000 (SP2) / XP y permite velocidades mucho mayores a las de GPRS. •

Hasta 247,4 Kbps descendente (recepción)

•

Hasta 123,7 Kbps ascendente (envío)

- Tarjeta para PC NOKIA D311 La tarjeta de radio Nokia D311 incorpora las tecnologías ampliamente disponibles GPRS y WiFi (802.11b WLAN) en una misma tarjeta para PC. Es ideal para el profesional móvil que utiliza un ordenador portátil o una agenda portátil.

Figura 30. Tarjeta para PC NOKIA D311 Fuente:http://www.nokiausa.com/support/enhancement/main/1,3051,product:D31 1,00.html Las características principales de la tarjeta son: •

Tarjeta de radio multimodo (tarjeta de PC Tipo II) para ordenadores portátiles y agendas portátiles (PDA) compatibles.

•

GSM 850/1900.

•

GPRS, datos GSM y red LAN inalámbrica (norma Wi-Fi, IEEE 802.11b).

•

Antena interna.

•

No necesita recarga (alimentación a través del PC).

•

Conexión de datos móvil a través de GPRS, datos GSM o LAN inalámbrica, en función de la disponibilidad de la red

•

Aplicación de SMS/Chat y fax GSM

•

Compatible con aparatos portátiles equipados con ranura para tarjeta de PC tipo II

Las velocidades de conexión varían dependiendo de la tecnología que se utilice:

•

Hasta 40,2 Kbps en redes GPRS.

Hasta 14,4 Kbps en redes GSM.

Hasta 11 Mbps en redes LAN inalámbricas. Precios de equipos Los precios de los equipos que se ofrecen dependen

del plan de datos que se seleccione para el equipo, a continuación se exponen los precios en una tabla Tabla 8. Precios de equipos especiales COMCEL planes

NOKIA D311

Enfora SAGL GSM 1218

Sony Ericsson GC82

Enfora MTG GSM2208

Datos 5

$ 219.000

$ 169.000

$ 219.000

$ 379.000

Datos 10

$ 219.000

$ 169.000

$ 219.000

$ 379.000

Datos 20

$ 169.000

$ 119.000

$ 169.000

$ 329.000

Datos 50

$ 39.000

Datos 100

$ 39.000

Datos 300

$ 39.000

3.3.2. Servicios de datos MOVISTAR

MOVISTAR cuenta con servicios de

transmisión de datos básicamente desde una conexión a Internet. Los planes existentes se facturan por tiempo de conexión y por volumen de información, por esto existen dos formas de escoger los planes.

Tabla 9. Planes facturados por tiempo de conexiรณn

Tabla 10. Planes facturados por Kbytes transmitidos

โ ข

Tarjeta G-TRAN

Figura 31. Tarjeta G-TRAN Fuente: http://articulo.mercadolibre.com.ve/MLV-3906253--_JM

Es una tarjeta que se conecta al portátil para establecer conexiones inalámbricas y transmitir datos tiene las mismas características de un MODEM y se instala fácilmente al computador, maneja velocidades de 128 Kbps y es ideal para conectarse a Internet desde cualquier lugar. A continuación se muestra una tabla con los precios de la tarjeta dependiendo del plan de datos. Tabla 11. Precios de la tarjeta según el plan

•

Transmisión de datos a través de CDMA 1x y 1xEV-DO

Con la

tecnología CDMA 2000 1x Telefónica Móviles proporciona un acceso inalámbrico veloz a Internet e intranet, basados en el protocolo TCP/IP, utilizando el celular como medio de transmisión de datos sin la necesidad de MODEM desde cualquier PC, laptop o PDA. Este servicio permite conectarse a velocidades de hasta 153.6 Kbps con cobertura nacional, excepto en poblaciones de pocos habitantes y zonas rurales muy alejadas de la ciudad. Con la nueva tecnología CDMA-2000 1XEV-DO es posible establecer una transmisión de datos con velocidades que alcanzan hasta 2,4 Mbps (downlink) y 153.6 Kbps (uplink). La infraestructura de esta tecnología permite una conexión de datos altamente segura y soporta aplicaciones como video conferencia, video streaming, y también

descarga y transferencia de archivos, como por ejemplo: música y videos en pocos segundos. Para disponer de este servicio solo se necesita una G-tran, G-tran EV-DO o un cable de datos para el modelo del celular movistar de tercera generación que se utilice.

3.3.3. Servicios de datos OLA •

Mensajes de texto OLA Este servicio permite enviar mensajes hasta de

160 caracteres desde un móvil OLA hacia cualquier otro teléfono móvil OLA y otros operadores que tengan acuerdos con OLA. A través de este servicio se tiene

acceso

información

noticias,

finanzas

entretenimiento.

El servicio está disponible para todos los usuarios OLA. El servicio viene activado para los usuarios Pospago. Los usuarios prepago deben solicitarlo llamando al *300 ó visitando una de las tiendas OLA. El procedimiento para activar el servicio, depende del modelo del móvil OLA. •

OLA interactivo Este servicio permite convertir el móvil OLA en una

herramienta para navegar por Internet en cualquier momento y lugar. A través de OLA Interactivo, se puede enviar un OLA Beeper (mensajes de texto), realizar transacciones bancarias, recibir noticias, entretenimiento, y hasta realizar compras en línea. •

OLA WEB (acceso a Internet) OLA, con su tecnología GSM, ofrece la

posibilidad de utilizar su red, a través del móvil OLA conectado al computador o agenda electrónica y además permite navegar en Internet. Es posible conectar el computador portátil o PDA al móvil ola a través del puerto infrarrojo o cable de datos especial.

Tabla 12. Tarifas de datos OLA

3.4. Equipos

En el mercado se encuentran gran variedad de equipos que manejan varias tecnologías y tienen disponibilidad de transmitir datos, además de servir como MODEM para conexión al computador portátil. A continuación se muestran algunos de los mejores equipos que poseen estas características y están disponibles a través de los operadores nacionales de telefonía celular.

- Sony ericsson • Sony Ericsson p800 Este teléfono además de ofrecer beneficios como: cámara, reproductor de mp3 y agenda electrónica integrada, hace posible también la comunicación a través de los datos, esta diseñado para navegar en Internet, enviar y recibir e-mails con archivos adjuntos. Esta equipado con tecnología bluetooth para conectarse sin cables con computadoras, impresoras, cámaras y mas. También es compatible con tecnología symbian OS, java y C++, para instalarle nuevas aplicaciones útiles. Las comunicaciones de este dispositivo se efectúan a través de tecnologías GPRS, HSCSD o CSD proporcionando las capacidades de cada una de las tecnologías en cuanto a velocidad y calidad de transmisión.

Figura 32. Sony Ericsson p800 Fuente: http://www.ola.com.co/formas/592/Sony%20Ericsson%20P800.pdf

Tarjetas para PC Sony Ericsson

•

Sony Ericsson proporciona una gama de productos de comunicación de datos inalámbricos.

Las

tarjetas

para

computadora

admiten

las

tecnologías

CSD/HSCSD, GPRS, WiFi o incluso EDGE. Soluciones potentes para acceder a Internet, intranet, correo electrónico y a la red corporativa. (En la sección anterior se muestran las tarjetas disponibles).

- NOKIA

• NOKIA 6020 El teléfono Nokia 6020 ofrece una gran variedad de funciones prácticas para su uso cotidiano, como son la agenda, el reloj, la alarma, la radio y la cámara integrada. El teléfono admite:

Mensajes multimedia (MMS).

Mensajes instantáneos (Chat).

Sonido polifónico (MIDI) que consta de varios componentes de sonido que se reproducen al mismo tiempo. El teléfono admite el formato Scalable Polyphonic MIDI (SP-MIDI).

Aplicación de correo electrónico.

Avisos acústicos para comprobar el estado de la batería y de la red mediante señales acústicas.

Contactos con información de presencia.

EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution), E (GPRS).

Java 2 Micro Edition, J2METM.

Navegador XHTML.

Figura 33. NOKIA 6020 Fuente:http://www.ola.com.co/secciones/OLAC/HOME/PP/PER/TE/doc_211_HTML .html?idDocumento=211 • NOKIA 6100

Utiliza las tecnologías WAP y GPRS para establecer la

transmisión de datos y la conexión a la red.

Figura 34. NOKIA 6100 Fuente:http://www.ola.com.co/secciones/OLAC/HOME/PP/PER/TE/doc_211_HTML .html?idDocumento=211

- SAMSUNG • Samsung SGH – X427 Maneja las comunicaciones con tecnología GPRS, es útil para el acceso rápido a Internet vía WAP, navegar en la red, enviar y recibir e – mails. Este móvil puede usarse como MODEM para PC, ideal para conectar el computador portátil a Internet en el momento que se necesite.

Figura 35. Samsung SGH-X427 Fuente:http://www.ola.com.co/secciones/OLAC/HOME/PP/PER/TE/doc_215_HTML .html?idDocumento=215

4. POSIBILIDADES DE IMPLEMENTACION EN EL PROYECTO UAV

4.1. tecnologías y equipos viables para establecer la comunicación

•

tecnología. Después de analizar las diferentes tecnologías de transmisión

de datos y teniendo en cuenta la disponibilidad de los operadores nacionales el sistema de comunicación celular mas optimo para la transmisión es EDGE, que es una evolución de los sistemas GSM y GPRS. Esta tecnología ofrece características de las dos tecnologías, incluyendo la transmisión por conmutación de circuitos (ECSD - Enhanced Circuit Switched Data) con tres canales nuevos de tráfico y también conmutación por paquetes como en la tecnología GPRS (EGPRS). Gracias a la combinación de dos tecnologías EDGE ofrece la posibilidad de aumentar tanto la velocidad de transmisión como la capacidad de los datos transmitidos, es decir se puede establecer una conexión continua, de alta velocidad y transmitir paquetes mas pesados de información, permitiendo así la transmisión de imágenes y video a través de la red.

- velocidades EDGE Velocidad máxima teórica. De 384 a 2000 Kbps. Velocidad máxima real. 100 Kbps.

Lo anterior se define teniendo en cuenta que los avances en el país en la tercera generación de telefonía celular han sido muy pocos, sin embargo cabe aclarar que para la aplicación (UAV) es mas optima la tecnología UMTS/WCDMA, esta tecnología utiliza dos modos de operación, FDD y TDD para recintos cerrados, esto constituye la solución llamada UTRA que amplia las posibilidades de cobertura.

Debido a que la arquitectura del sistema se basa en una estructura de capas de células, permite establecer comunicación de acuerdo al tipo de conexión y a la distancia y características del enlace, esto hace posible ofrecer servicios en cualquier parte del mundo ajustándose a las densidades de tráfico, y diferentes entornos geográficos.

Esta tecnología es ideal para el sistema de monitoreo remoto, ya que se ajusta a las necesidades geográficas y a la movilidad del UAV, las Mega células y macro células del sistema brindan cobertura a zonas con baja capacidad de trafico, a través del uso de satélites no geoestacionarios, sobre todo las mega células soportan altas velocidades de estaciones móviles lo cual es muy conveniente para el UAV.

- Equipos. Lo ideal para el UAV seria usar un equipo liviano y de fácil manejo como un teléfono celular, es posible utilizar cualquier tipo de teléfono para establecer la comunicación, sin embargo, es mas optimo y seguro utilizar equipos especializados para transmisión de datos ya que brindan la posibilidad de interactuar con un PC y se enfocan en una sola función. Los equipos adecuados son las tarjetas para PC que soportan la tecnología GPRS/EDGE:

Tarjeta para PC GC83 GPRS/EDGE ó GC82 EDGE

• •

Hasta 247,4 Kbps descendente (recepción)

•

Hasta 123,7 Kbps ascendente (envío)

4.2. Principales dificultades a la hora de establecer la comunicación

A la hora de analizar las posibilidades de transmisión utilizando las plataformas celulares disponibles a través de los operadores celulares en el país surgen varias dificultades para establecer la comunicación y mantenerla constante. Estas dificultades son básicamente debidas a los

radios de cobertura y patrones de

radiación inadecuados para la aplicación ya que la altura a la que vuela el avión supera por mucho la altura máxima a la que se encuentran estas antenas. Esto genera la inconstancia en la disponibilidad de señal para transmitir los datos, además aumenta la complejidad en la implementación física del sistema de comunicaciones, teniendo la necesidad de agregar dispositivos adicionales en dicha implementación. Otra de las dificultades es analizar que tanta capacidad de difracción tiene la onda que transmiten las antenas y que tanta potencia se pierde, ya que ante grandes obstáculos, como montañas, se hace mucho más difícil la cobertura de la señal. Esto implica que la recepción de señal del UAV debe ser muy buena y amplificada para cuando se presenten decrementos de potencia en la recepción de la señal.

4.2.1. Patrones de radiación y cobertura de las antenas

Los servicios de

comunicaciones utilizan diferentes tipos de antenas según su frecuencia de operación y el cubrimiento geográfico deseado. Los patrones de radiación de una antena pueden verse modificados por otras fuentes de emisiones radioeléctricas e incluso llegar a ser anulados. Para la instalación de una antena el operador hace un estudio previo de interferencia que garantice la correcta operación de su sistema. Para escoger una antena en determinado tipo de comunicación se tienen en cuenta diferentes parámetros como: impedancia, eficiencia, intensidad de radiación, diagrama de radiación, etc.

El diagrama de radiación representa las propiedades de radiación de la antena en función de las distintas direcciones del espacio; a una distancia fija, la representación puede realizarse a partir del campo eléctrico o magnético y se puede representar en forma tridimensional o haciendo un corte bidimensional, el cual en este caso se representaría en coordenadas polares o cartesianas. En coordenadas polares el ángulo en el diagrama representa la dirección del espacio, mientras que el radio representa la intensidad del campo eléctrico o la densidad de potencia radiada; en coordenadas cartesianas se representa el ángulo en abscisas y el campo o la densidad de potencia en ordenadas. La representación en coordenadas cartesianas permite observar detalles de antenas muy directivas mientras que el diagrama polar suministra una información mas clara de la distribución de la potencia en las diferentes direcciones del espacio.

Figura 36. Representación tridimensional de los campos radiados por una antena y sus planos de corte Fuente:http://www.upv.es/antenas/Tema_1/sistema_de_coordenadas_esferico.ht m

Figura 37. Cortes bidimensionales del patrón de radiación Fuente:http://www.upv.es/antenas/Tema_1/sistema_de_coordenadas_esferico.ht m

Los patrones de radiación nos indican además la cobertura de una antena y es muy importante a la hora de escoger la mejor opción para determinada aplicación. Para aplicaciones de telefonía celular es importante tener en cuenta el campo de cobertura, y la directividad de la antena, ya que lo que se busca es un radio grande de cobertura y radiación en todas las direcciones posibles. Las antenas más utilizadas en los sistemas de telefonía celular son las directivas con muy poca apertura vertical y gran apertura horizontal (120o), su patrón de radiación es prácticamente horizontal.

•

Análisis del problema Las antenas utilizadas en las estaciones base de

las redes celulares tienen un patrón de radiación básicamente horizontal y que pierde potencia en la radiación vertical. Si se observa la figura 39, se nota el patrón de propagación circular que aumenta la cobertura celular limitando la antena a establecer una radiación en su plano transversal, es decir una radiación prácticamente horizontal.

Figura 38. Radiación de una antena (vista lateral) Fuente:www.normatividadantenas.gov.co/documentos/Documentos_tecnicos/an tenasBasico.ppt

En la figura 38 las líneas grises representan hasta dónde la señal es emitida. Esto quiere decir que realmente estas antenas no emiten señal en todas las direcciones, sino más bien sobre su propio plano es donde se conseguirá la máxima potencia. Una cosa que pasa de forma bastante habitual, es que se pone la antena en un lugar muy alto, y luego a la altura de la calle no llega la señal, queda claro con este dibujo que es lo que está pasando: la señal no llega porque la antena tiene cobertura sólo sobre su mismo plano.

El problema que se enfrenta con el UAV consiste en la falta de cobertura de las antenas debido a la altura a la que vuela el avión. Si se requiere una altura de vuelo de 1000 pies (304.8 m) mínimo, sería necesario que las antenas estuvieran ubicadas mas o menos a esa altura para que el patrón de radiación abarque la zona de vuelo del UAV, sin embargo las torres de estaciones base alcanzan máximo una altura de 180 metros haciendo que se dificulte la cobertura para el dispositivo de transmisión instalado en el UAV.

Figura 39. Torres utilizadas para estaciones base Fuente:www.normatividadantenas.gov.co/documentos/Documentos_tecnicos/an tenasBasico.ppt

4.2.2. Difracción de la antena Las características eléctricas de la tierra y su orografía influyen en la propagación de las ondas electromagnéticas. Al incidir una onda electromagnética sobre la tierra se produce una reflexión. La superposición de la onda directa y la reflejada, da lugar a la llamada onda de espacio. La formación de la onda de espacio puede ser constructiva o destructiva en función de las fases de la onda directiva y la reflejada, lo que puede resultar en variaciones apreciables de la potencia recibida respecto al valor esperado en espacio libre. La presencia de obstáculos y la propia esfericidad de la tierra limitan la visibilidad entre antena transmisora y receptora. Al pasar una onda electromagnética cerca de un obstáculo se produce un fenómeno de difracción por el cual el obstáculo rerradía parte de la energía interceptada. La difracción posibilita la reflexión aún en

el caso de que no exista visibilidad, si bien con una atenuación adicional respecto al espacio libre. Para establecer un enlace entre dos antenas es necesario tener en cuenta aspectos que determinan la calidad de dicho enlace, esta calidad depende en mayor parte de la potencia de radiación que llega al receptor y que esta determinada por las condiciones de transmisión del enlace. El aspecto más importante a analizar es el de los obstáculos grandes que se interponen en la línea de vista de las antenas, para analizar este problema se utiliza la teoría del elipsoide de Fresnel y las zonas de transmisión, Una explicación rápida y simple del rol del elipsoide Fresnel en propagación de radio es ver el efecto como un "tubo" virtual donde la mayoría de la energía viaja entre un sitio transmisor y receptor. Por lo que para evitar pérdidas NO debería haber obstáculos dentro de esta zona (región prohibida) porque un obstáculo alterará "el flujo de energía".

Figura 40. Elipsoide de Fresnel Fuente: http://www.riskinformatica.com/calculo.php Cuando un obstáculo está ubicado entre el transmisor y el receptor y obstaculiza la línea de vista de las antenas, sigue pasando un poco de energía a través de las antenas gracias al fenómeno de difracción en el borde superior del obstáculo. Cuanta más alta sea la frecuencia de transmisión más alta será la pérdida.

Figura 41. Fenómeno de difracción Fuente: http://www.riskinformatica.com/calculo.php

Es importante estudiar el fenómeno de difracción para analizar las posibilidades de establecer la comunicación entre cualquiera de las antenas de una red celular y el UAV, ya que debido a que las ondas transmitidas son de radiofrecuencia implican frecuencias muy altas, generando así mayores pérdidas por difracción en la transmisión de la señal. Las pérdidas en la transmisión dependen de muchos factores como la frecuencia de la señal, la ganancia de la antena y la potencia de transmisión, entonces teniendo en cuenta que en algunas zonas del recorrido se pueden presentar grandes obstáculos se presentarían grandes pérdidas en la señal, generando sitios de cobertura nula para la recepción.

5. CONCLUSIONES

• La telefonía celular ofrece gran variedad de tecnologías de gran utilidad para implementar la transmisión de datos en un sistema de comunicaciones en el que sea necesaria la comunicación constante y en tiempo real.

• La

velocidad de la transmisión varia

dependiendo de la

tecnología

implementada, en Colombia el servicio de tecnología mas reciente es EDGE que

ofrece

velocidades

transmisión

entre

120

250

Kbps

aproximadamente, otra tecnología no tan reciente es GPRS que ofrece velocidades entre 25 y 55 Kbps aproximadamente, estas velocidades soportan gran cantidad de aplicaciones y transmisión casi en tiempo real de paquetes de datos, ofreciendo sistemas de comunicación mas rápidos y eficientes. Las velocidades ofrecidas por el sistema celular son adecuadas para implementar en el sistema de comunicaciones del UAV ya que soporta la transmisión de imágenes

videos

cortos

a través

de las

tecnologías

mencionadas

anteriormente.

• Para llevar a cabo la transmisión utilizando las redes celulares, es necesario tener en cuenta que las empresas de telefonía celular concentran su cobertura y servicios en las grandes ciudades y poblaciones de una cantidad de habitantes considerable, ya que el sistema de monitoreo de las líneas se desplazará mas que todo en una zona rural y de difícil acceso, es complicado acceder a la cobertura de las redes en estos lugares apartados de la civilización. Para establecer una comunicación constante con el UAV es imperativo una cobertura que garantice la comunicación continua, teniendo en cuenta que es necesario obtener datos constantes tanto del estado de la línea como del

estado del avión, resulta difícil y costoso reestructurar toda la red celular para garantizar la cobertura.

• La implementación de un sistema de redes celulares para transmitir datos es muy útil cuando se habla de aplicaciones en las ciudades y en tierra, ya que el patrón de radiación de las antenas utilizadas en las BTS es básicamente horizontal y concentra su potencia hacia el suelo, cuando se piensa en la implementación de este sistema en un dispositivo volador en movimiento se presenta la dificultad de obtener potencia de radiación de las antenas celulares a la altura de vuelo (300 mts aprox). Para estar en la zona de cobertura de la BTS se necesitaría una antena muy directiva ubicada en el UAV que además se mueva y busque el sitio en el que se recibe mas potencia de la BTS, sin embargo la potencia de radiación nunca va a llegar a un valor elevado, teniendo en cuenta que la mayoría de potencia se radia hacia el suelo, donde se concentra la mayor parte de la población. Teniendo en cuenta lo anterior la garantía de establecer una buena comunicación entre el UAV y la base de control es muy baja ya que la potencia de transmisión no es la más adecuada y disminuiría la velocidad y la eficiencia de la comunicación.

• Para establecer la comunicación más eficiente es necesario olvidarse de las comunicaciones en tierra

a través de antenas y pensar en posibilidades

satelitales. Algunas BTS implementadas en las redes celulares ofrecen una plataforma que se comunica con los móviles de forma satelital, así el móvil no necesita estar dentro del área de cobertura de una antena ya que la señal llega a la BTS a través del satélite. Esta posibilidad resulta muy costosa debido a la contratación de los servicios satelitales, sin embargo, es la solución mas viable para la comunicación del UAV.

BIBLIOGRAFIA

GARCIA, Juan Luís y LONDOÑO, José. GPRS General Packet Radio Services. Medellín 2004. Tesis (ingeniero electrónico). Universidad Pontificia Bolivariana. Facultad de Ingeniería electrónica.

MORALES MUÑOZ, Catalina. Antenas inteligentes en sistemas de comunicaciones móviles. Medellín 2004. Tesis (ingeniero electrónico). Universidad Pontificia Bolivariana. Facultad de ingeniería electrónica.

VERA, Arturo. Sistemas celulares de tercera generación [en línea]. 1. ed. Caracas Venezuela: 2001. http://www.monografias.com/trabajos15/telefonia-celular/telefonia-celular.shtml [consulta: 5 de marzo: 2005]. mailto:Artuvera@mipunto.com

LLAMAZARES, Juan Carlos, GPRS un nuevo servicio de telefonía móvil [en línea]. http://www.ecojoven.com/02102000/gprs.html 1. ed. Barcelona España: 2003 [consulta: 12de abril: 2005]. malito: jcll@ecojoven.com.

DUARTE SOARES, Marlinson, La evolución de las redes rumbo a la tercera generación (GSM/GPRS/EDGE/UMTS) [en línea]. 1. ed. Brasil: 2003. http://www.frecuenciaonline.com/espanol/mostrarnoticia.php?id=39&noticiaid=16 8# [Consulta: 12 de abril: 2005].

JIMENEZ, José Juan. Evolución e historia de la telefonía celular [en línea]. 1. ed Yucatán México: 2003. http://www.monografias.com/trabajos14/celularhist/celularhist.shtml [Consulta: 20 de marzo: 2005]. NOKIA. Tarjeta para PC D211 [en línea]. España: 2004. http://www.nokia.es/telefonos/modelos/nokiad211/acerca_idd211.jsp [Consulta: 5 de marzo: 2005]. Sony Ericsson. Tarjeta Para PC GC82 [en línea]. http://www.sonyericsson.com/spg.jsp?cc=co&lc=es&ver=4000&template=pp5&zo ne=pp&lm=pp5> [consulta: 5 de marzo: 2005].

CDG CDMA development group. 2G – CDMAone [en línea]. USA: 2000. http://www.cdg.org/technology/2g.asp [consulta: 15 de marzo: 2005].

International Engineering Consortium. Global system for mobile communications (GSM) [en línea]. USA: 2002. http://www.iec.org/online/tutorials/gsm/index.html [consulta: 8 de marzo: 2005].

Universidad Politécnica de Valencia (UPV). Diagrama de radiación de antenas [en linea]. Valencia Epaña: 2001 http://www.upv.es/antenas/Tema_1/diagramas_de_radiacion.htm [Consulta: 10 de marzo: 2005]

ANEXOS ANEXO A: PROYECTO DE TRABAJO DE GRADO

Anteproyecto De Trabajo De Grado

15 de Febrero de 2005 Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica Universidad Pontificia Bolivariana

Transmisión inalámbrica de datos a través de sistemas celulares Proyecto de Iinvestigación y Diseño de un Sistema Automático de Inspección Remota para Líneas de Transmisión de Energía Eléctrica. Graduando Diana Carolina Pinilla Arrieta TEL: 3137005

CC: 39191917 de la ceja Antioquia e-mail: dicapa18@yahoo.es

Director Oscar Carino Salazar Gómez TEL: 2827167 4159020 Ext. 6750

Docente de la Universidad Pontificia Bolivariana e-mail: ocarino@upb.edu.co

Asesor: Oscar Jairo Cardona Villegas TEL: 4159020 Ext. 9595

Docente de la Universidad Pontificia Bolivariana e-mail: oscardona@upb.edu.co

INVOLUCRADOS Director: Oscar Carino Salazar Ingeniero electrónico UPB Investigador y docente interno UPB, medio tiempo TEL. 2 82 71 67 TEL. 4 15 90 20 ext. 6750 (laboratorio) Asesor: Oscar Cardona Villegas Ingeniero electrónico UPB Especialista en Telecomunicaciones. Investigador y Docente interno UPB tiempo completo. TEL. 4 15 90 20 ext.9595 Estudiante: Diana Carolina Pinilla, Estudiante de décimo semestre de ingeniería electrónica de la universidad pontificia bolivariana

Modalidad El trabajo de grado se desarrollará bajo la modalidad de asistencia a la investigación

Tema del proyecto El trabajo consiste básicamente en ser un apoyo investigativo en el proyecto que se desarrolla para ISA, el cual consiste en un sistema de comunicaciones inalámbricas a través de un robot móvil para inspección de línea de transmisión de potencia. Dicho proyecto abarca varias ramas de la electrónica, básicamente la parte de comunicaciones inalámbricas y transmisión de datos, además de formas de monitoreo visual como mini cámaras digitales, a su vez las comunicaciones inalámbricas se desarrollan con varios métodos. El objetivo de este proyecto específicamente es manejar la investigación y documentación de la parte de transmisión inalámbrica de datos a través de celulares, teniendo en cuenta las diferentes tecnologías y las últimas que se han desarrollado, además del bajo costo de estas. Se debe presentar en la documentación final las formas mas optimas de transmisión en cuanto a velocidad, facilidad de implementación y bajo costo. Se presentará el contenido total de la investigación en una monografía que incluirá explicaciones introductorias del manejo de las redes celulares y todos los elementos que llevan a que sea una buena opción para transmitir datos, además de las diferentes tecnologías desarrolladas en este campo.

Distribución porcentual del trabajo Tipo de trabajo Teórico Practico Búsqueda bibliográfica Asistente a la investigación Investigación redacción % 70% 30% Distribución porcentual por áreas áreas Transmisión digital Comunicaciones especiales Redes de datos % 60% 10% 30%

Antecedentes Acerca de la transmisión de datos a través de celulares se ha investigado mucho y cada día surgen grandes adelantos y desarrollo de tecnologías que permiten una buena comunicación para dicha transmisión, las velocidades alcanzadas son cada vez mayores y generan un progreso constante en los sistemas de transmisión y comunicaciones de los teléfonos celulares. Esta forma inalámbrica de enviar y recibir archivos esta siendo aprovechada en diferentes campos de la industria y en la cotidianidad de las personas, Una de las aplicaciones mas utilizada es la de conexión a Internet para cualquier ordenador portátil. El portátil se conecta por infrarrojos (IRDA) o vía radio (Bluetooth) al móvil, y el móvil se conecta a Internet. No es necesario un cable y no habrá problemas de conectores incompatibles en los hoteles de ningún país del mundo. Gracias a la tecnología GPRS que permite estar en conexión constante a Internet se puede tener acceso en cualquier momento a la red Proporcionando la posibilidad por ejemplo de indicar al móvil que se tiene interés de comprar acciones de determinada empresa si bajan de los 25 euros. Como está conectado continuamente, cuando detecta que han bajado, sonará o vibrará y con él se podrá efectuar la compra. La transmisión de archivos e información utilizando este sistema tienen infinidad de aplicaciones y esta comprobado que proporciona un excelente soporte y facilidades de comunicación además de altas velocidades de transmisión de acuerdo al equipo al que se tenga acceso. Teniendo en cuenta esta garantía se ha escogido este sistema de comunicaciones para implementarse en el proyecto de monitoreo de líneas de potencia, ya que se tienen buenas referencias, estudios y documentación acerca de estas tecnologías que están revolucionando el mundo de las comunicaciones.

Objetivos

Objetivo general Investigar y documentar todo lo concerniente con la transmisión de datos a través de celulares incluyendo las tecnologías mas optimas, su funcionamiento y como se desarrollan en el medio, además de una explicación detallada del funcionamiento de los celulares, las redes y líneas de transmisión que utilizan en su funcionamiento. Estos datos serán utilizados en el desarrollo del proyecto de monitoreo de las líneas de potencia que esta siendo desarrollado por la universidad pontificia bolivariana para ISA. Objetivos específicos: 1. investigar y documentar el funcionamiento general de las redes celulares, explicando de una forma didáctica clara y concisa que pueda ser comprendida por cualquier persona. 2. investigar y exponer las posibilidades de implementar la transmisión a través de redes celulares, teniendo en cuenta las limitantes y dificultades que presentan las redes celulares en el país. 3. seleccionar las tecnologías mas optimas de mayor velocidad para llevar a cabo la transmisión, así como los equipos y dispositivos que se acomodan a las necesidades del UAV.

Justificación y beneficios A medida que se amplían las redes de transmisión de energía se ha hecho más difícil la vigilancia y el mantenimiento de estas ya que se concentran básicamente en lugares inasequibles para las personas, además de ser lugares peligrosos debido a la situación actual del país. Por esto se pensó en desarrollar un sistema de monitoreo remoto para las líneas de transmisión. Un convenio entre ISA, conciencias y UPB esta desarrollando un robot encargado de esta tarea. El proyecto consiste en un sistema autónomo que se desplaza en un tramo de la línea y tiene capacidad de enviar información sobre el estado de esta. El desarrollo del proyecto comprende diferentes áreas de la electrónica entre las que se encuentran las telecomunicaciones. El proyecto esta dirigido por el Grupo de investigación, desarrollo y aplicación en Telecomunicaciones e informática GIDATI de la Universidad Pontificia Bolivariana y esta distribuido en diferentes grupos que se clasifican de acuerdo al tipo de comunicación, videocámaras inalámbricas, GPS y sistemas inalámbricos

de comunicación de datos, este ultimo grupo comprende la comunicación inalámbrica a través de diferentes sistemas, la parte básica de este proyecto se centra en la comunicación de datos a través de celulares, en lo que se pensó debido a la gran cantidad de facilidades que ofrecen estos dispositivos en cuanto a la transmisión de datos y sincronización con el PC. El sistema completo de monitoreo ofrece gran cantidad de beneficios mas que todo pensando en la seguridad del personal y en la comodidad en la vigilancia, además del ahorro que genera evitar gran cantidad de viajes a zonas de difícil acceso. Por su parte el proyecto individual es muy importante ya que busca una forma fácil y rentable de realizar las comunicaciones del sistema, utilizando los teléfonos celulares y las redes de las que estos disponen es posible fácilmente transmitir diferentes tipos de datos y archivos y almacenarlos en un PC o en cualquier tipo de almacenamiento que requiera el sistema. Los celulares ofrecen diferentes formas de comunicación con el computador, desde usb, infrarrojos y cables especiales, hasta bluetooth, que son ideales para el propósito del proyecto, además los equipos proporcionan software especializado en estas tareas, y son compatibles con diferentes programas de fácil acceso y comprensión por cualquier persona, esto facilita la capacitación de las personas que van a estar a cargo de la vigilancia y el control del sistema en general. Además de facilidad el proyecto propone una forma rentable ya que debido a los avances en la tecnología celular en estos momentos se tiene fácil acceso a equipos con mucha tecnología a un bajo costo. Alcances En este trabajo de grado se ilustrarán de una forma didáctica y de fácil comprensión las diferentes tecnologías y sistemas de transmisión de datos implementadas en los celulares, además se presentarán las aplicaciones mas importantes que sirven de soporte para el desarrollo general del proyecto de monitoreo de la línea de potencia, incluyendo las utilidades que presentan cada una de estas tecnologías. Básicamente con el documento final de investigación se quiere presentar una ayuda didáctica que permita la fácil comprensión del funcionamiento del monitoreo y el intercambio de datos del robot que se esta desarrollando. La monografía incluirá además un aporte con el criterio del autor, con esto se busca obtener colaboración en la toma de decisiones del proyecto general, por esto se tendrá en cuenta dentro de la investigación la opinión desde el punto de vista de la ingeniería del autor del proyecto y se presentará en la monografía la explicación y soporte de dicho aporte. Se presentaran además los requerimientos técnicos de todos los sistemas que se presenten, es decir, cuanto espacio de memoria requieren, que se necesita para el

montaje y la implementación y las diferentes herramientas que demanda la utilización de cada una de las opciones. El principal alcance del proyecto es investigativo ya que se basa en la investigación constante de los temas que se estén necesitando en el montaje general del proyecto esto incluye actualización de los datos e información de cualquier adelanto tecnológico que se desarrolle en el medio y que sirva de apoyo en la implementación del sistema de monitoreo.

Tabla de contenidos Introducción Parte I:

Marco Conceptual

Parte II: historia y desarrollo de los celulares Tres generaciones de telefonía celular, funcionamiento y Explicación de las diferentes tecnologías Parte III: redes celulares Descripción y explicación de las redes celulares Parte IV: transmisión de datos Explicación detallada de los diferentes sistemas de transmisión De datos Análisis de presupuesto y requerimientos de las diferentes Tecnologías Parte V:

selección de equipos Beneficios y limitantes de los diferentes equipos estudiados Estudio y selección de las mejores opciones a implementar

Parte VI: desarrollo del aporte didáctico e intelectual del autor Conclusiones

Bibliografía Anexos Hojas técnicas de los equipos celulares seleccionados. Copia del proyecto de trabajo de grado. Tablas (presupuestos y costos de los equipos, proyecciones Y formas de actualización de los equipos) Manuales de usuario de los diferentes equipos Graficas didácticas y de fácil comprensión Presupuesto y recursos A continuación se presentan los recursos y el presupuesto necesarios para llevar a cabo la investigación y documentación del proyecto

RECURSO PRESUPUESTADO Fotocopias e impresiones Bibliografía Servicios de Computo e Internet (400h@ 2k$/h) Licencias Software Trabajo Estudiantes /Asistentes (600h@ 8K$/h) Trabajo Director (200h @ 40k$/h) Trabajo asesores (300h @ 40k$/h) Imprevisibles (10%) Subtotal Total

Participación Requiere Desembolso GIDATI Estudiante UPB Si No 100.000 150.000 100.000 150.000 100.000 200.000 100.000 200.000 200.000

600.000 2.000.000

4.800.000

515.000 5.715.000

100.000

700.000 2.000.000 4.800.000

8.000.000

12.000.000 2.300.000 25.250.000 30.965.000

12.000.000 25.000 2.790.000 325.000 30.640.000 30.965.000

Cronograma de actividades

Actividades por meses

Feb 200 5

Mar Abr May Jun 2005 2005 2005 2005

Ocupación (# de horas)

1. redacción de anteproyecto

2. presentación del anteproyecto

3. investigación

350

4. selección de información

100

5. redacción de la monografía

200

6. presentación del proyecto 50 Numero total de horas

Numero de graduandos: 1 Horas promedio: 800

800

Bibliografía Posible bibliografía en el desarrollo del proyecto http://www.cellular.co.za/gprs-intro.htm Introducción a GPRS y algunos teléfonos con GPRS (en inglés) http://www.wirelessdevnet.com/articles/apr2000/gprs.html Explicación detallada de la arquitectura GPRS (en inglés) http://www.kewapo.com/zonamovil/noticias/tecnologia/noticiextra.asp?noticia=50 516 Telefónica empieza sus pruebas de GPRS http://www.wmlclub.com/noticias/2000-6-6-1.html Ericsson presenta su primer teléfono con GPRS y Bluetooth http://www.siemens.es/html/siemens/2402002.html Información de Siemens sobre móviles incluido GPRS http://es.gsmbox.com/news/mobile_news/all/8662.gsmbox Artículo sobre la evolución hacia la tercera generación de móviles http://www.bluetooth.com/ Página oficial de bluetooth, conexiones inalámbricas vía radio http://www.geocities.com/SunsetStrip/Amphitheatre/5064/inside-cell-phone.htm Como es un celular por dentro http://midtown.net/tomfarley/Cellbasics.html profundo estudio acerca de la tecnología celular http://www.privateline.com/PCS/PCS.htm desarrollo en progreso http://www.isotel.com/is136.htm tecnología TDMA

GARCIA, Juan Luís – LONDOÑO, José. GPRS General Packet Radio Services Universidad Pontificia Bolivariana, Facultad de Ingenierías, Medellín 2004.

MORALES MUÑOZ, Catalina. Antenas inteligentes en sistemas de comunicaciones móviles, Universidad Pontificia Bolivariana, Facultad de ingeniería electrónica, Medellín 2004.

ANEXO B: HOJAS DE DATOS DE DISPOSITIVOS DE TRANSMISION

1.2.3.

ANEXO C: PRINCIPALES CARACTERISTICAS DE EQUIPOS PARA TRANSMISION DE DATOS

1.2.4.

Links y hojas de datos

- Enfora gsm1218 https://www.enfora.com/shop/detail.aspx?ID=35 https://www.enfora.com/downloads/specsheets/GSM1218HR.pdf - Sony Ericsson GC83 http://www.sonyericsson.com/spg.jsp?cc=co&lc=es&ver=4000&template=pp1_loader&ph p=php1_10153&zone=pp&lm=pp5_1&pid=10153 - Sony Ericsson GC82 http://www.sonyericsson.com/spg.jsp?cc=co&lc=es&ver=4000&template=pp1_loader&ph p=php1_10049&zone=pp&lm=pp5_1&pid=10049

- NOKIA D311 http://www.nokiausa.com/support/enhancement/main/1,3051,product:D311,00.html http://www.nokiausa.com/support/user_guides/1,7837,,00.html#D311

ANEXO D: TABLA COMPARATIVA TECNOLOGIAS

SISTEMA

Kbps MAX TEORICOS

Kbps MAX REALES

COMENTARIOS

GSM ( Global System for Mobile communications)

9,6

Conmutaci贸n de circuitos

HSCSD (High Speed Switched Data)

57,6

28,8

Se agrupan varios canales GSM para una misma transmisi贸n de datos

GPRS (General Packet Radio Services)

171,2

Conmutaci贸n de paquetes

EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution)

384

UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)

De 384 a 2000

100

Cambio de sistema de modulaci贸n

Interfaz radio UTRAN

ANEXO E: ARTICULO PUBLICABLE

Transmisión inalámbrica de datos a través de teléfonos celulares Diana carolina Pinilla Arrieta Facultad de ingeniería eléctrica y electrónica. Universidad Pontificia Bolivariana pinsicaro@gmail.com

Abstract In the last decade, mobile communications have respond in a optimum form in front of all the requirements from users, that’s include the datum transmission like photos, video, and a lot of information, besides provide the internet access. In this article it is shown the cell phones uses in the datum transmission focus to the implementation in an unmanned aerial vehicle (UAV) communications, uses basically to aerial watch and takes facts like pictures and power transmission lines information. The cell phones net give a lot of options, but also a lot of limitations at time to establish a lasting communication between the ground control base and the UAV, due to that its so much troubles in antenna radiation and the cover capability of that. Besides of the UAV communications study, it’s developed a net evolution analysis and how becomes in an important application system to the datum transmission between others. Keywords— GPRS, Wireless, EDGE, Patrón de radiación, Difracción, Telemetría, UAV, UTRA, UMTS, GPRS RESUMEN La telefonía celular en la última década ha respondido de forma óptima ante todas las necesidades que demandan los usuarios, esto incluye transmitir datos como fotos, video y gran cantidad de información, además de proporcionar acceso a Internet. En este articulo se hace referencia principalmente al uso de celulares en la transmisión inalámbrica de datos, enfocado a la implementación en las comunicaciones de un vehiculo volador autónomo (UAV), utilizado básicamente para monitorear desde el aire y tomar

datos como fotos e información de líneas de transmisión de potencia. Las redes celulares proveen muchas opciones, sin embargo generan gran cantidad de limitantes a la hora de establecer una comunicación constante entre la base de control y el UAV, ya que se presentan dificultades en la radiación de las antenas y la capacidad de cobertura de estas. Además del estudio de las comunicaciones del sistema de monitoreo se desarrolla un análisis de la evolución de las redes y como llegaron a establecerse para aplicaciones tan importantes como la transmisión de datos, entre otras.

INTRODUCCIÓN

La transmisión de paquetes de datos o información contenida en imágenes y videos es hoy posible desde casi cualquier lugar y de forma inalámbrica gracias a las redes celulares, las aplicaciones de este sistema de datos son innumerables, sin embargo este proyecto dedica parte de su atención en el estudio de posibilidades de implementar este sistema de comunicaciones en un vehiculo aéreo no tripulado (UAV) desarrollado para monitorear las líneas de transmisión de potencia en zonas de difícil acceso. La transmisión de datos con telefonía celular, se hace posible gracias al conjunto de tecnología desarrollada en los teléfonos y las plataformas ofrecidas por las empresas operadoras nacionales, que proporcionan las redes y realizan mejoras constantes para hacer posible el uso de esta aplicación. Para el manejo de datos se despliega un abanico de tecnologías que hacen posible de una forma rápida y eficaz la transmisión, sin embargo existen tecnologías que superan a otras en velocidad, costos y disponibilidad del servicio. Con toda la gama de posibilidades que brinda la

tecnología celular se puede lograr la implementación de este sistema de transmisión para casi cualquier aplicación, teniendo en cuenta también que la capacidad y servicios que ofrecen las compañías nacionales, no están a la vanguardia de las tecnologías internacionales.

La tecnología que identifica la primera generación es AMPS ya que dio las pautas para las evoluciones de las siguientes generaciones.

1.2.5.

2. EVOLUCION DE LA TELEFONIA CELULAR

• Primera generación La primera generación se refiere a las tecnologías pioneras de la telefonía celular en todo el mundo, es por esta razón que surgen varias tecnologías con el bum de las comunicaciones móviles, ya que en cada zona del mundo se realizaron investigaciones y estudios de comunicación móvil celular, por esto cada tecnología desarrollada depende en gran parte de las condiciones físicas y ambientales de la región en la que se desarrollaron. La primera generación comprende las tecnologías: AMPS, NMT Y TACS. En los primeros desarrollos se adopto la técnica de acceso FDMA/FDD (Frequency Division Multiple Access. / Frecuency Division Duplex), la cual utilizaba el Acceso Múltiple por División de Frecuencia y dos frecuencias portadoras distintas para establecer la comunicación, TX y RX. La primera generación se caracterizo por establecer enlaces de voz y en condiciones de no muy buena calidad, ya que la comunicación no era constante y presentaba baja velocidad de transferencia entre celdas, además las tecnologías transferían datos de forma analógica y no digital como en la actualidad. En Norteamérica a partir de 1981 comenzó a utilizarse el sistema AMPS (Advanced Mobile Phone Service), el cual ofrecía 666 canales divididos en 624 canales de voz y 42 canales de señalización de 30 Khz cada uno, esta es la tecnología característica de la primera generación ya que dio pie a desarrollos de las demás generaciones. Además de realizarse investigaciones en Norteamérica Europa introduce en 1981 el sistema Nordic Mobile Telephone System o NMTS450 el cual empezó a operar en Dinamarca, Suecia, Finlandia y Noruega, en la banda de 450 MHz. En 1985 Gran Bretaña, a partir de AMPS, adoptó el sistema TACS (Total Access Communications System), el cual contaba con 1000 canales de 25 Khz cada uno y operaba en la banda de 900 MHz.

Figura 1. Esquema de funcionamiento AMPS La estructura básica de funcionamiento de AMPS permite el reuso de frecuencias y así un mejor aprovechamiento del espectro, sin embargo esto lleva a un incremento de las interferencias y problemas de handoff. •

Segunda generación

La digitalización de la señal fue uno de los mas grandes logros de la telefonía celular, ya que gracias a la conversión de la onda original a un tipo de onda digital se puede encriptar una conversación y protegerla de forma que solo el teléfono receptor puede decodificar la información, además de ofrecer paquetes de transmisión de mucho menor peso y velocidades mas altas a la hora de enviar la información. La segunda generación de teléfonos celulares apareció por primera vez en Europa en 1990 con el estándar GSM (sistema móvil general), tal ha sido el éxito de este que se ha transportado a otras zonas del planeta, como china y estados unidos, además fue la primera tecnología en combinar la comunicación de voz con la informática a través del servicio de Internet móvil, denominado WAP a pesar de que ofrece un acceso lento y pesado, este servicio llevo a GSM a ocupar la cabeza en la convergencia de telefonía móvil e informática. A principios de la década de los 90, también aparece un nuevo estándar el cual utiliza el método de acceso CDMA (Code Division Multiple Access). Esta tecnología fue desarrollada por Qualcomm y consiste en que todos usan la misma frecuencia al mismo tiempo separándose las conversaciones mediante códigos.

Por su parte en Norte América se quería tener acceso a los sistemas de comunicación digital, sin perder lo que ya se había logrado con el sistema AMPS, por esto se busca aumentar la capacidad dentro de la banda de los 800 Mhz existente y un prerrequisito fue que los teléfonos móviles debían funcionar con los canales de habla analógicos ya existentes y con los nuevos digitales, esto se denomino dual-mode y dio origen a la tecnología digital AMPS (DAMPS). Estas tecnologías de segunda generación ofrecen las siguientes características: o Mayor calidad de las transmisiones de voz o Mayor capacidad de usuarios o Mayor confiabilidad de las conversaciones o La posibilidad de transmitir mensajes alfanuméricos. Este servicio permite enviar y recibir cortos mensajes que puedan tener hasta 160 caracteres alfanuméricos desde un teléfono móvil. o Navegar por Internet mediante WAP (Wireless Access Control).

generación en relación al procesamiento de video y multimedia. La generación 2.5G ofrece características extendidas y cuenta con el soporte de tecnologías como GPRS (General Packet Radio System) y EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution). La tecnología GPRS es una de las más usadas en la transmisión de datos, ya que esta orientada a la conmutación de paquetes y no de circuitos, ofreciendo así una mayor velocidad que tecnologías anteriores y proporcionando agilidad en la comunicación. Las velocidades teóricas de GPRS alcanzan 171,2 Kbps, sin embargo las velocidades máximas en la práctica son de 40,2 Kbps dependiendo de la capacidad del móvil.

Figura 3. Velocidad máxima real de GPRS

Figura 2. Camino evolutivo de la plataforma GSM • Generación intermedia 2. 5 G Las primeras generaciones de la telefonía celular (1G y 2G) se fundamentaron en la prestación de servicios de voz y pocas opciones a la hora de transmitir datos como archivos y documentos de peso, por esto simultáneamente con las primeras pruebas e investigaciones de la tercera generación, se desarrollo una generación intermedia que sirve como puente entre 2G y 3G Con relación a los servicios de transmisión de datos. Estas tecnologías permiten más opciones de datos en comparación a los sistemas de segunda generación pero son inferiores a los sistemas de tercera

Las características básicas de GPRS permiten el mejoramiento de transmisión de datos y la conexión constante con la red además de las posibilidades de expansión y mejoramiento de la red con miras hacia la tercera generación. Como su nombre lo indica, EDGE es una evolución de GSM/GPRS que surge básicamente para aumentar las tasas de transmisión de datos, esta tecnología supondría un importante paso adelante, permitiendo a las operadoras mayores velocidades de transmisión y un amplio abanico de contenidos multimedia. La tecnología EDGE se relaciona con el aumento de la capacidad de transmisión del interfaz aéreo en el estándar GSM actual, facilitando a estas redes la capacidad de suministrar servicios de telefonía móvil de tercera generación basados en IP y a unas velocidades reales de 384 Kbps. El sistema EDGE incluye conmutación por circuitos (ECSD - Enhanced Circuit Switched Data) con tres canales nuevos de tráficos y también conmutación por paquetes como en la tecnología GPRS (EGPRS).

• Tercera generación La 3G se caracteriza por contener a la convergencia de voz y datos con acceso inalámbrico a Internet; en otras palabras, es apta para aplicaciones multimedia y altas transmisiones de datos. La característica básica de estos sistemas de tercera generación es la velocidad y el soporte de un gran numero de aplicaciones que incluyen audio (mp3), video en movimiento, videoconferencia y acceso rápido a Internet, entre otros. Los sistemas 3G alcanzan velocidades de hasta 384 Kbps permitiendo una movilidad total a usuarios, viajando a 120 kilómetros por hora en ambientes exteriores. También alcanzará una velocidad máxima de 2 Mbps, permitiendo una movilidad limitada a usuarios, caminando a menos de 10 kilómetros por hora en ambientes estacionarios de corto alcance o en interiores. Los avances de sistemas de tercera generación que adelanta la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU) han dado paso a la creación de un estándar conocido como IMT-2000 (International Mobil Telecommunication-2000), este estándar ha sido creado con el objetivo de valorar y especificar los requisitos de las normas celulares para la prestación de servicios de datos y multimedia a alta velocidad. En Europa, el Instituto Europeo de Telecomunicaciones (ETSI) ha propuesto la norma paneuropea de tercera generación UMTS (Universal Mobile telecommunication System). UMTS es miembro de la familia global IMT-2000 del sistema de comunicaciones móviles de “tercera generación” de UIT. En Estados Unidos el Instituto Americano de Estándares (ANSI) basa su llegada a 3G a través de la evolución de AMPS/IS-136 y CDMA/IS-95. Por otra parte, en Japón la Asociación de Industrias de la Radio y Radiodifusión (ARIB) realiza sus investigaciones basadas en CDMA para la elaboración de normas de tercera generación. Los sistemas de tercera generación deberán proveer soporte para aplicaciones como: o Voz en banda estrecha a servicios multimedia en tiempo real y banda ancha. o Apoyo para datos a alta velocidad para navegar por la World Wide Web, entregar información como noticias, tráfico y finanzas por técnicas de empuje y acceso remoto inalámbrico a Internet e intranets.

o Servicios unificados de mensajes como correo electrónico multimedia. o Aplicaciones de comercio electrónico móvil, que incluye operaciones bancarias y compras móviles. o Aplicaciones audio/video en tiempo real como videoteléfono, videoconferencia interactiva, audio y música, aplicaciones multimedia especializadas como telemedicina y supervisión remota de seguridad.

3. OPCIONES PARA TRANSMISIÓN DE DATOS Para implementar la transferencia de datos a través de las redes celulares es necesario tener en cuenta los servicios, planes y equipos que ofrecen los operadores de telefonía celular en Colombia, de esta forma se puede escoger el mejor servicio y la mejor opción para la aplicación que se necesite, en este caso para el UAV. Los operadores celulares ofrecen una amplia gama de servicios y planes dependiendo de la cantidad de datos que se transmitan, por lo general los planes están divididos por paquetes que incluyen una cantidad de transferencia determinada. • COMCEL El servicio de datos comcel esta basado en tecnología GPRS, la cual esta activa en cualquier plan pospago comcel, esta tecnología ofrece: • Acceso al servicio en toda la zona de cobertura Comcel 3GSM. • Como usuario de Comcel se pueden recibir llamadas de voz mientras está conectado. • Además el cobro se realiza con base en la cantidad de información enviada/recibida. El valor promedio por cada Kbyte transmitido es $15 + IVA, sin embargo dependiendo del paquete de datos que se elija el costo disminuye, a mayor cantidad de Kbytes requeridos, menor es el costo por cada Kbyte.

Tabla 1. Servicios de paquetes de datos para clientes personales

Tabla 2. Servicios de paquetes de datos para clientes corporativos

Comcel también ofrece servicios especializados para transmisión de datos y equipos que se utilizan solo en esta aplicación, como tarjetas para PC, MODEM celulares, GPS etc. de esta forma proporcionan un servicio de datos sin necesidad de tener acceso al servicio de voz, algunos de los equipos mas utilizados por las compañías son:

Enfora GSM 1218

Enfora SA-GL es un MODEM inalámbrico IP (GSM/GPRS) económico y compacto. Puede recibir prácticamente cualquier dispositivo que tenga puerto serial, soporta Windows 98, 2000, professional y XP. Es totalmente portátil y funciona bajo condiciones ambientales extremas gracias a su sólida cubierta.

Tarjeta para PC GC83 EDGE/GPRS

La tarjeta para computadora GC83 EDGE/GPRS es una herramienta de comunicación de datos que proporciona accesibilidad inalámbrica, grandes velocidades de transferencia de datos y verdadera movilidad global. La GC83 ofrece potencia y facilidad para navegar en Internet, descargar archivos adjuntos, conectarse a redes corporativas y administrar correos electrónicos desde prácticamente cualquier parte. Las plataformas que admite la GC83 son Windows 98SE, Me, 2000 y XP. En el CD-ROM que se incluye en el paquete GC83 se encuentra todo lo necesario para comenzar, configurar y administrar la tarjeta para PC GC83.

Figura 5. Sony Ericsson GC83 Este dispositivo funciona en una banda triple de frecuencias de GSM, ya que soporta bandas de 850, 1800 y 1900 Mhz, además soporta dos tecnologías diferentes para la transmisión de datos, EDGE y GPRS, con cada una de las tecnologías se logran diferentes velocidades de transmisión: o GPRS Clase 10 (4+2, máx. 5), CS (1-4) • •

Hasta 53,6 kbps descendente (recepción) Hasta 26,8 kbps ascendente (envío

o EDGE Clase 10 (4+2, máx. 5) Figura 4. MODEM enfora GSM 1218

• •

Hasta 247,4 kbps descendente (recepción) Hasta 123,7 kbps ascendente (envío)

• MOVISTAR Movistar cuenta con servicios de transmisión de datos básicamente desde una conexión a Internet, los planes existentes se facturan por tiempo de conexión y por volumen de información, por esto existen dos formas de escoger los planes.

• OLA Tabla 3. Planes por tiempo de conexión Ola ofrece el servicio de mensajes de texto, mensajes multimedia y acceso a Internet, este último se factura dependiendo del paquete de Kbytes que se escoja en la siguiente tabla Tabla 5. Planes OLA

Tabla 4. Planes por Kbytes consumidos

3. COMUNICACIÓN INALAMBRICA ENFOCADA AL UAV

Bellsouth ofrece también tarjetas para PC implementadas básicamente en el manejo de datos:

Tarjeta G-TRAN

Todo el estudio que se ha llevado a cabo sobre telefonía móvil y las posibilidades de transmitir datos en capítulos anteriores han sido necesarios para establecer la posibilidad de implementar estas tecnologías y las propiedades de la telefonía celular en el proyecto de monitoreo aéreo, el sistema de comunicaciones móviles es una herramienta muy importante en la transmisión inalámbrica de datos y se presume puede ser de gran utilidad en las comunicaciones de un avión autónomo con la base de control, es decir el sistema de monitoreo aéreo almacena gran cantidad de datos que deben ser recibidos constantemente por los controladores en tierra sin la necesidad del aterrizaje del avión. El proyecto como tal consiste en el diseño e implementación de un dispositivo volador autónomo, encargado de monitorear el estado de las líneas de transmisión de potencia, este dispositivo requiere desempeñar diferentes funciones de transmisión de datos y telemetría, exigiendo una buena comunicación para obtener datos confiables y en tiempo real.

Figura 6. Tarjeta para PC G-TRAN

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• Principales dificultades a la hora de establecer la comunicación A la hora de analizar las posibilidades de transmisión utilizando las plataformas celulares disponibles a través de los operadores celulares en el país surgen varias dificultades para establecer la comunicación y mantenerla constante, estas dificultades son básicamente debidas a los radios de cobertura y patrones de radiación inadecuados para la aplicación ya que la altura a la que vuela el avión supera por mucho la altura máxima a la que se encuentran estas antenas, esto genera la poca constancia en la disponibilidad de señal para transmitir los datos, además aumenta la complejidad en la implementación física del sistema de comunicaciones, teniendo la necesidad de agregar dispositivos adicionales en dicha implementación. Otra de las dificultades es analizar que tanta capacidad de difracción tiene la onda que transmiten las antenas y que tanta potencia se pierde, ya que ante grandes obstáculos, como montañas, se hace mucho mas difícil la cobertura de la señal, esto implica que la recepción de señal del UAV debe ser muy buena y amplificada para cuando se presenten bajones de potencia en la transmisión de la señal.

altura a la que vuela el avión. Si se requiere una altura de vuelo de 1000 pies (304.8 m) mínimo, sería necesario que las antenas estuvieran ubicadas mas o menos a esa altura para que el patrón de radiación abarque la zona de vuelo del UAV, sin embargo las torres de estaciones base alcanzan máximo una altura de 180 metros haciendo que se dificulte la cobertura para el dispositivo de transmisión instalado en el UAV.

Difracción de la antena

Cuando un obstáculo está ubicado entre el transmisor y el receptor y obstaculiza la línea de vista de las antenas, sigue pasando un poco de energía a través de las antenas gracias al fenómeno de difracción en el borde superior del obstáculo. Cuanta más alta sea la frecuencia de la transmisión más alta será la pérdida.

Patrones de radiación de las antenas

Las antenas utilizadas en las estaciones base de las redes celulares tienen un patrón de radiación básicamente horizontal y que pierde potencia en la radiación vertical. En la figura 11 las líneas grises representan hasta dónde la señal es emitida. Esto quiere decir que realmente estas antenas no emiten señal en todas las direcciones, sino más bien sobre su plano transversal, es donde se conseguirá la máxima potencia.

Figura 7. Radiación de una antena (vista lateral)

El problema que se enfrenta con el UAV consiste en la falta de cobertura de las antenas debido a la

Figura 42. Fenómeno de difracción Es importante estudiar el fenómeno de difracción para analizar las posibilidades de establecer la comunicación entre cualquiera de las antenas de una red celular y el UAV, ya que debido a que las ondas transmitidas son de radiofrecuencia manejan frecuencias muy altas, generando así mayores pérdidas por difracción en la transmisión de la señal. Las pérdidas en la transmisión dependen de muchos factores como la frecuencia de la señal, la ganancia de la antena y la potencia de transmisión, entonces teniendo en cuenta que en algunas zonas del recorrido se pueden presentar grandes obstáculos se presentarían grandes pérdidas en la señal, generando así sitios de cobertura nula para la transmisión.

4. CONCLUSIONES • La telefonía celular ofrece gran variedad de tecnologías de gran utilidad para implementar la transmisión de datos en un sistema de

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comunicaciones en el que sea necesario la comunicación constante y en tiempo real. • La velocidad de la transmisión varia dependiendo de la tecnología implementada, en Colombia el servicio de tecnología de tercera generación mas reciente es EDGE que ofrece velocidades de transmisión entre 120 y 250 Kbps aproximadamente, otra tecnología no tan reciente es GPRS que ofrece velocidades entre 25 y 55 Kbps aproximadamente, estas velocidades soportan gran cantidad de aplicaciones y transmisión casi en tiempo real de grandes paquetes de datos, ofreciendo sistemas de comunicación mas rápidos y eficientes. Las velocidades ofrecidas por el sistema celular son adecuadas para implementar en el sistema de comunicaciones del UAV ya que soporta la transmisión de imágenes y videos cortos a través de las tecnologías mencionadas anteriormente. • Para llevar a cabo la transmisión utilizando las redes celulares, es necesario tener en cuenta que las empresas de telefonía celular concentran su cobertura y servicios en las grandes ciudades y poblaciones de una cantidad de habitantes considerable, ya que el sistema de monitoreo de las líneas se desplazará mas que todo en una zona rural y de difícil acceso, es complicado acceder a la cobertura de las redes en estos lugares apartados de la civilización. Para establecer una comunicación constante con el UAV es imperativo una cobertura que garantice la comunicación al menos en un 80% del tiempo de vuelo total, teniendo en cuenta que es necesario obtener datos constantes tanto del estado de la línea como del estado del avión, resulta difícil y costoso reestructurar toda la red celular para garantizar la cobertura. • La implementación de un sistema de redes celulares para transmitir datos es muy útil cuando se habla de aplicaciones en las ciudades y en tierra, ya que el patrón de radiación de las antenas utilizadas en las BTS es básicamente horizontal y concentra su potencia hacia el suelo, cuando se piensa en la implementación de este sistema en un dispositivo volador en movimiento se presenta la dificultad de obtener potencia de radiación de las antenas celulares a la altura de vuelo (300 mts aprox). Para estar en la zona de cobertura de la BTS se necesitaría

una antena muy directiva ubicada en el UAV que además se mueva y busque el sitio en el que se recibe mas potencia de la BTS, sin embargo la potencia de radiación nunca va a llegar a un valor elevado, teniendo en cuenta que la mayoría de potencia se radia hacia el suelo, donde se concentra la mayor parte de la población. Teniendo en cuenta lo anterior la garantía de establecer una buena comunicación entre el UAV y la base de control es muy baja ya que la potencia de transmisión no es la más adecuada y disminuiría la velocidad y la eficiencia de la comunicación. • Para establecer la comunicación más eficiente es necesario olvidarse de las comunicaciones en tierra a través de antenas y pensar en posibilidades satelitales. Algunas BTS implementadas en las redes celulares ofrecen una plataforma que se comunica con los móviles de forma satelital, así el móvil no necesita estar dentro del área de cobertura de una antena ya que la señal lega a la BTS a través del satélite. Este sistema esta siendo implementado por OLA en San Andrés y Providencia, ya que la instalación de antenas y BTSs es mucho más difícil en esa zona del país.

5. BIBLIOGRAFIA [1] GARCIA, Juan Luís – LONDOÑO, José. GPRS General Packet Radio Services Universidad Pontificia Bolivariana, Facultad de Ingenierías, Medellín 2004. [2] MORALES MUÑOZ, Catalina. Antenas inteligentes en sistemas de comunicaciones móviles, Universidad Pontificia Bolivariana, Facultad de ingeniería electrónica, Medellín 2004. [3] VERA, Arturo. Sistemas celulares de tercera generación, www.monografias.com [4] CDG CDMA development group http://www.cdg.org/technology/2g.asp [5] International Engineering Consortium. GSM http://www.iec.org/online/tutorials/gsm/index .html

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[6] La evolución de las redes rumbo a la tercera generación (GSM/GPRS/EDGE/UMTS) http://www.frecuenciaonline.com/espanol/mostrar noticia.php?id=39&noticiaid=168# [7] tarjeta para PC NOKIA D211 http://www.nokia.es/telefonos/modelos/nokiad211 /acerca_idd211.jsp [8] tarjeta para PC sony Ericsson GC82 http://www.sonyericsson.com/spg.jsp?cc=co &lc=es&ver=4000&template=pp5&zone=pp &lm=pp5>

Diana Carolina Pinilla Arrieta Nació en Sincelejo – Sucre el 8 de enero de 1983, es bachiller Académico del colegio Nuestra Señora de las mercedes, Actualmente es estudiante de Décimo semestre de ingeniería Electrónica en la Universidad Pontificia Bolivariana.