Apuntes de Telefonia 1º de STI

Sistemas Telefónicos Octubre de 2009

1.-

Daniel Pérez Sayago, I.E.S. Pintor Pedro Gómez (Huelva)

FUNDAMENTOS DE LA TELEFONÍA

Desde siempre el hombre ha sentido la necesidad de comunicar mensajes, órdenes u otros hechos relevantes a grandes distancias, para este fin ha dispuesto a lo largo de la historia de diferentes sistemas, desde mensajeros, tambores, campanas, hogueras, postes de señales, banderas, etc.... En el Siglo XIX con el estudio y empleo de la electricidad, surgió el Telégrafo y este posibilitó el nacimiento del Teléfono. Todos los sistemas enunciados anteriormente dan origen a lo que hoy llamamos Telecomunicaciones. La raíz griega "Tele" significa "a distancia" y los vocablos "Grafo" y "Fono", "Signo" y "Sonido" respectivamente, con ellos se han ido definiendo distintos tipos de telecomunicaciones según la información transmitida, teniendo así que telefonía es la transmisión de sonidos entre dos puntos distantes.

La aparición del teléfono como instrumento práctico tuvo lugar el 10 de marzo de 1876.Se dice, que mientras realizaba sus experimentos, Alexander Graham Bell se echo ácido en los pantalones y reaccionó gritando: "¡Señor Watson, le necesito!". Thomas A. Watson oyó estas palabras en un aparato receptor situado en otra habitación. Hoy, sabemos y reconocemos que Bell, se basó en un aparato realizado por Antonio Meucci, que fue patentado provisionalmente con anterioridad, pero la pobreza de este emigrante italiano, le hizo vender el aparato y no poder pagar la patente definitiva. Como resultado de este descubrimiento "accidental", ese sencillo instrumento patentado un día de 1876 fue rápidamente perfeccionado. El concepto ha derivado en una industria que ofrece más de 500 millones de teléfonos, obtiene beneficios de cientos de miles de millones al año y emplea a más de un millón de personas.

La comunicación telefónica está basada originalmente en el transporte de señales eléctricas generadas o moduladas por la voz entre dos puntos distantes y su transformación de nuevo en voz. Actualmente este concepto sigue vigente, pero es usado para señales que transportan muy diversas informaciones y no sólo voz.

En el siguiente gráfico podemos ver una instalación telefónica ficticia en la que podemos observar los principios de funcionamiento. Como podemos ver cada punto distante dispone de elementos que transforman el sonido en corriente eléctrica (Micrófono) y elementos que transforman la corriente eléctrica en sonido (Auricular). En la instalación descrita en el gráfico observamos cómo se hacen llegar las corrientes generadas en los micrófonos hasta los auriculares distantes, mediante la utilización de dos circuitos, esta configuración es llamada comunicación a cuatro hilos.

Para reducir los cables necesarios para el transporte de las señales eléctricas descritas, se puede utilizar un hilo común o neutro, con este sistema sólo se requieren tres hilos, la comunicación así establecida sigue llamándose a cuatro hilos virtuales.

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Con el fin de reducir aún más el número de hilos necesarios, se pensó en mezclar sobre un único circuito ambas señales y separarlas en los terminales distantes, para ello, se ideó un dispositivo llamado Bobina Híbrida y que no es mas que un transformador de 8 polos conectado como se observa en el gráfico. Hoy en día este dispositivo ha sido sustituido por elementos electrónicos integrados, este sistema se denomina comunicación a dos hilos, y desde el punto de vista del usuario telefónico, es el que se usa actualmente, llegando a todos los hogares, comercios, industrias, etc... un par de hilos por cada línea telefónica contratada, a este par de hilos se le denomina Par de Abonado.

1.1.- La necesidad de una red o sistema telefónico.

Mediante los principios expuestos hasta ahora, sólo será posible establecer una comunicación entre los puntos distantes A y B; esto es debido a que los hilos que conectan a los terminales entre si, forman parte de los mismos y no pueden ser usados por otros terminales. Este inconveniente no es el único de lo expuesto, ¿Cómo sabrán en el punto distante B qué quieren hablar desde el punto A o viceversa?. Es obvio que el tipo de comunicación expuesta hasta ahora se parece más a lo que denominamos hoy interfono que al teléfono que encontramos por todos los lugares.

Para solucionar el primer problema podríamos pensar en conectar muchos teléfonos entre sí como nos muestra el gráfico. Este sistema necesita que haya un par de hilos conectados al terminal, por cada terminal con el que podamos contactar; un nuevo terminal exigirá la instalación de muchos nuevos pares, de hecho el número de pares necesarios crece mediante la ecuación: ( P=N(N-1)/2) donde N es el número de terminales.

El sistema representado en el gráfico crea un nuevo problema ¿Cómo sabremos si con quien queremos hablar está ocupado con otro terminal del sistema?, por ahora no responderemos a esta pregunta, la solución se verá mas adelante. Esta red de conexión se demuestra inviable por el alto coste en conexiones, mantenimiento y ampliación.

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El concepto de Central Telefónica soluciona el problema de conexiones planteado en la red anterior, y se basa en que en un recinto único confluyen todos los pares de abonados (uno por terminal) y que en el interior de este recinto se realizan las conexiones de los distintos pares mediante la petición del abonado que desea establecer la comunicación (Abonado llamante), hacia el abonado con que se desea hablar (Abonado llamado); parecen obvias todas las ventajas que ofrece esta configuración frente a la anteriormente presentada.

En esencia la función principal de cualquier central telefónica es realizar una conexión desde el par del abonado llamante al par del abonado llamado y liberar ésta tras la terminación de la llamada.

En las primeras centrales la conexión la establecía una persona (Operadora/Telefonista), que frente a grandes paneles donde se encontraban los pares de los abonados numerados, efectuaba una conexión con un cable llamado puente, entre los terminales adecuados, tras preguntar al abonado llamante con que abonado deseaba establecer la conexión. Este sistema además resuelve el problema comentado antes de cómo saber si el abonado llamado esta libre, la misma operadora informaba al abonado llamante de si ya se estaba usando la conexión del abonado llamado.

Al conjunto formado por los terminales, pares y central lo denominaremos de ahora en adelante Sistema telefónico o Red telefónica. Este sistema lo podemos dividir en cuatro partes: 1.- Conjunto de todos los terminales de abonados de una central.

2.- Conjunto de todos los pares de abonados (Red de abonados).

3.- Equipos internos de las centrales para establecer las conexiones (Equipo de conmutación).

El esquema presentado es válido para un área territorial relativamente poco extensa, pues grandes longitudes (10Km o más) de cables presentarían graves pérdidas en la señales eléctricas que transportan.

Para que dos abonados muy distantes se comuniquen será necesario establecer uniones entre sus centrales respectivas, apareciendo la necesidad de crear un esquema de unión entre las distintas centrales telefónicas para abarcar extensiones mayores, (Provincias, Regiones, Países, Continentes...), aparecen pues nuevos elementos que se incorporan y completan lo que hemos denominado Sistema Telefónico o Red Telefónica .

4.- Conjunto de lineas que comunican a unas centrales con otras (Red de enlaces).

Como podemos observar tras lo expuesto la generalización del servicio telefónico es posible, pudiendo llegar a cualquier lugar simplemente extendiendo el sistema presentado. La posibilidad de que un abonado pueda contactar con otro en cualquier lugar del mundo crea la necesidad de que la red telefónica genere en cada central las conexiones pertinentes. En los sistemas manuales expuestos hasta ahora sólo es cuestión de comunicar a las distintas operadoras con qué número de abonado queremos contactar, este proceso requería una enorme cantidad de operadoras y durante muchos años fue así. Observemos que realmente este proceso se trata de lo que hoy en día denominamos un protocolo: 1.- El abonado llamante levanta el auricular y al hacerlo se enciende una lucecita en el panel de conexiones de su central, sobre la conexión de su par de abonado.

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2.- La operadora se conecta al par del abonado llamante y le pregunta con qué número de abonado quiere comunicar.

3.- El abonado llamante le comunica el número.

4.- La operadora comprueba si el número solicitado es de su central o de otra.

5.- Si el número fuera de su central comprueba que no esté en uso en ese momento.

6.- Si está en uso se lo comunica al abonado llamante y fracasa el intento de comunicación.

7.- Si no está en uso manda una señal eléctrica por el par del abonado llamado para hacer sonar un timbre en el terminal de éste.

8.- Cuando el abonado llamado descuelga su auricular la operadora deja de mandar señal para hacer sonar el timbre, realiza un puente entre el par del abonado llamante y el del abonado llamado, y abandona la línea de comunicación.

9.- Si el número que se solicita no es de la central, la operadora establecerá todo el protocolo anterior pero sobre líneas de enlace con la central de destino si éstas están libres y en caso contrario, fracasa el intento de comunicación y se lo comunica al abonado llamante.

10.- Cuando los abonados cuelgan sus auriculares tras terminar la comunicación, sus luces en el panel se apagan y la operadora retira el puente de conexión.

Todo el proceso expuesto forma parte del sistema telefónico y en adelante llamaremos Señalización a todas las informaciones que se intercambian para hacer posible la comunicación.

Con los avances tecnológicos, el proceso expuesto fue posible realizarlo mediante máquinas, evidentemente éstas no hablan, pero hacen llegar diferentes sonidos que los abonados interpretan. Igualmente no escuchan y exigen que los terminales les manden determinadas señales eléctricas para saber con quién se quiere establecer comunicación; estas señales siguen vigentes hoy, conservándose casi igual desde hace varias décadas.

1.2.- El Terminal telefónico Los terminales telefónicos utilizados para efectuar y recibir llamadas telefónicas vocales, son sencillos tanto en su aspecto como en su funcionamiento, y realizan una serie de importantes funciones.

1. Solicitan automáticamente el uso del sistema telefónico al levantar el auricular.

2. Indican si el sistema telefónico está listo para ser utilizado mediante un tono de línea.

3. Envían el número del abonado llamado al sistema cuando se empieza a marcar girando un dial o pulsando una serie de teclas.

4. Indican al abonado llamante de la situación en la que se encuentra la llamada mediante la recepción de tonos que pueden ser timbrazos, línea ocupada, fuera de servicio, o similar.

5. Avisan al abonado llamado mediante algún tipo de sonido audible.

6. Transforman la voz de la persona que llama en señales eléctricas que se transmiten a través del sistema hasta llegar al receptor, y después transforman las señales eléctricas recibidas en voz para la persona que ha recibido la llamada.

7. Indican al sistema telefónico de la finalización de una llamada cuando se cuelga el auricular.

1.3.- La comunicación telefónica.

Entendemos por comunicación el intercambio de información entre entes capaces de interpretar esa información. Si aplicamos este concepto a las comunicaciones telefónicas, podemos decir que es un intercambio de información en forma de sonidos, entre usuarios capaces de interpretar el sentido de los mismos. Si examinamos el concepto enunciado, llegamos a la conclusión de que un usuario no solo podría ser un humano, de hecho hoy en día muchos sistemas informáticos utilizan comunicaciones telefónicas.

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Originalmente el sistema sólo fue pensado para transmitir sonidos generados por la voz humana, los sonidos no son mas que vibraciones en las moléculas de los cuerpos (No hay sonidos en el vacío) una vibración cualquiera se caracteriza por su frecuencia; distintas vibraciones con frecuencias distintas producen sonidos

distintos. La gama de sonidos que los humanos podemos escuchar abarca desde unos 20 Hz hasta 20000 Hz aunque este margen varía de una persona a otra, las frecuencias comprendidas entre estos márgenes reciben el nombre de audiofrecuencia y conforman lo que llamamos una banda, dentro del espectro infinito de las vibraciones posibles.

La voz humana al hablar, solo ocupa un trozo de la banda de audiofrecuencia, estando comprendida las mayores potencias de este margen, entre los 300 Hz y los 3300 Hz. En los sistemas telefónicos se considera que las señales eléctricas que se van a transmitir están comprendidas entre los 0 Hz y los 4000 Hz, dándosele el nombre de Canal de voz. Al resultado de restar a la mayor de las frecuencias del margen la menor se le denomina ancho de banda, y el canal de voz tendrá un ancho de banda de 4 Khz mientras que la audiofrecuencia tendrá un ancho de banda de 20 Khz.

De lo anteriormente expuesto podemos deducir que por un teléfono no se podría transmitir música en alta fidelidad, pues el ancho de banda de ésta es mayor de 18 Khz. Podemos preguntarnos el porqué de esta limitación a 4 Khz, y las razones son económicas y tecnológicas. Al aumentar la capacidad de ancho de banda de los circuitos y componentes, éstos se encarecen y complican, y al fin y al cabo, el sistema nació para poder hablar entre puntos distantes. Esta última afirmación es válida hasta para los sistemas informáticos, pues se comunican produciendo sonidos de la banda vocal, mediante unos equipos llamados Módem (Moduladores/Demoduladores).

En la actualidad los servicios del sistema telefónico han crecido y pueden ofrecer soporte para otros tipos de información no vocal, como datos informáticos a alta velocidad, imágenes fijas, vídeo, sonido en alta fidelidad, etc....

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2.- ESTRUCTURA DE LA RED TELEFÓNICA ESPAÑOLA. En el tema anterior se vio la necesidad de conectar las centrales telefónicas unas con otras para hacer conexiones entre territorios más amplios, a continuación vamos a definir los tipos de centrales y su interconexión en España.

En una primera división de centrales diremos que existen dos tipos: *.- Las que tienen abonados y las que no los tienen.

Las centrales con abonados, su función es la expuesta en el tema anterior.

Las centrales sin abonados, son desde el punto de vista funcional, centrales cuyos abonados son otras centrales.

Central Local.- Se denomina como central local a cualquier central que posea abonados.

Central Tránsito.- Son todas las demás centrales que interconectan a otras centrales entre si.

2.1.- La Red Jerárquica.

Las centrales locales sólo abarcan zonas de hasta unas decenas de kilómetros y por lo tanto en un país como España existen varios cientos de centrales de este tipo a las que se conectan unos 15 millones de abonados. Para interconectar tan gran número de centrales, hacen falta casi 200 centrales de tránsito conectadas, de forma, que se rentabilicen las redes de enlaces (muy costosas). Esta red cumple la condición de que es posible establecer un camino entre cualesquiera terminales telefónicos dentro del territorio español.

Debemos decir que en esta red este camino es único y conocido de antemano, también permite que cualquier terminal pueda acceder a las redes internacionales.

Esta red de enlaces es llamada Red Jerárquica y esta diseñada con una estructura en árbol (invertido), como se puede observar en la figura de la página siguiente. Recibe el nombre de jerárquica porque las centrales de tránsito sólo establecen conexiones en niveles determinados y reciben denominaciones diferentes en función del nivel que ocupan.

Central Primaria.Interconexión de centrales locales.

Comunicaciones locales y algunas interurbanas.

Accesos al nivel inmediatamente superior.

Nota: Estas centrales pueden tener abonados propios.

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Central Secundaria.Interconexión de centrales primarias.

Comunicaciones interurbanas.

Accesos al nivel inmediatamente superior.

Central Terciaria ó Nodal.Interconexión de centrales secundarias.

Interconexión de centrales terciarias.

Comunicaciones interprovinciales y nacionales.

Accesos al nivel de red internacional.

Podemos observar como, en el nivel terciario o nodal, el escaso número de estas centrales, permite la interconexión de todas con todas, en España hay 6 centrales terciarias.

2.2.- La Red Complementaria.

La red expuesta es el resultado de la planificación lógica para extender y hacer llegar las comunicaciones a todos los lugares del territorio, pero durante los más de 100 años transcurridos desde su inicio se observó, que por sí sola al crecer, generaba cuellos de botella con el consiguiente enlentecimiento y colapso de las comunicaciones. Imaginemos dos centrales locales en una gran ciudad, la central primaria de la que dependen estaría colapsada con llamadas de carácter local, e impediría los accesos a niveles superiores. Para evitar este fenómeno, originado al ser el número de llamadas inversamente proporcional a la distancia de éstas, se pensó que es rentable establecer enlaces directos entre centrales más o menos próximas, con un alto tráfico entre ellas, esto ha dado lugar a la aparición, de una red superpuesta a la red jerárquica y llamada Red Complementaria.

Debemos decir que en esta red no se permite cualquier conexión, sólo podrán establecerse enlaces por red complementaria entre centrales de igual nivel jerárquico o que difieran en un nivel dentro de la red.

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Esta configuración que nos muestra el gráfico, es un supuesto en el que observamos la superposición de las dos redes. Los criterios para establecer nuevos enlaces de la red complementaria, son únicamente de rentabilidad y densidad de comunicaciones entre centrales.

2.3.- Los enlaces en la red.

Hemos llamado enlaces, y también se les denomina secciones, a los circuitos que conectan a las centrales entre sí, estos enlaces han sido representados de formas diferentes en el gráfico anterior, según estos pertenezcan a la red jerárquica o a la red complementaria, y reciben además nombres distintos que se muestran en el gráfico siguiente.

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Aunque en temas posteriores analizaremos con mas detalles los enlaces o secciones, diremos que en general son unidireccionales, necesitándose, por tanto, enlaces en las dos direcciones entre las centrales, además los enlaces adoptan variadas formas físicas, entre las que encontramos por orden de antigüedad, cables de pares, enlaces radioeléctricos, cables coaxiales, enlaces microondas y finalmente fibra óptica.

2.4.- El rutado de las llamadas.

Llamamos rutado al camino o circuito que debe cerrarse a través de la red para poner en comunicación dos terminales, debemos notar que no todas las llamadas necesitan rutado, ya que las llamadas entre dos abonados de la misma central local no harán uso de la red de enlaces. Como se mencionó con anterioridad el rutado a través de la red jerárquica es único y conocido de antemano y se le denomina ruta final, y recorre la jerarquía en orden ascendente hasta el primer nivel común a los dos terminales y descendente hasta el abonado llamado, unos ejemplos sobre el gráfico siguiente nos lo ilustrarán.

Abonado llamante A, abonado llamado J. El rutado en red jerárquica será pues: A - CL1 - CP1 - CS1 - CP2 - CL5 - J Abonado llamante M, abonado llamado P. El rutado en red jerárquica será pues: M - CL7 - CP3 - CS2 - CT1 - CT2 - CS3 - CP4 - CL8 - P

Cuando superponemos la red complementaria observamos que el camino ya no es único y conocido de antemano, pues existen varias combinaciones de rutas para unir dos terminales, esto, hace necesario dictar unas normas que la inteligencia o lógica de la red debe aplicar para establecer una ruta. En general cada central donde va llegando la llamada, decidirá aplicando estas normas hacia que central, ruta la llamada, teniendo en cuenta que solo puede aplicar una de ellas y que estas normas son: 1ª.)

Si existe sección directa hasta la central local del abonado llamado, se enviará la llamada a través de ésta, si estuviera saturada esta sección directa se enviará por red jerárquica a la siguiente central.

2ª.)

Si no existiendo sección directa a la central local del abonado llamado, existe una sección directa sobre una central de orden superior y jerárquicamente ascendente sobre la local del abonado llamado, se enviará la llamada a través de ésta, si estuviera saturada esta sección directa se enviará por red jerárquica a la siguiente central.

De lo expuesto podemos deducir que la alternativa a una sección directa colapsada nunca es otra sección directa y sólo lo es la red jerárquica. Como anteriormente, vamos a ilustrar algún ejemplo.

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Abonado llamante A, abonado llamado J. El rutado en la red será pues: A - CL1 - CP1 - CP2 - CL5 - J Si la sección directa CP1 - CP2 colapsada entonces: A - CL1 - CP1 - CS1 - CP2 - CL5 - J Abonado llamante M, abonado llamado P. El rutado en la red será pues: M - CL7 - CL8 - P Si la sección directa CL7 - CL8 colapsada entonces: M - CL7 - CP3 - CL8 - P Si la sección directa CP3 - CL8 colapsada entonces: M - CL7 - CP3 - CS2 - CT1 - CT2 - CS3 - CP4 - CL8 - P . ( nunca se utilizaría CP3 - CP4 en este caso ).

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3.- EL TRÁFICO TELEFÓNICO. Si nuestro teléfono durante el día de nuestro cumpleaños u otro acontecimiento similar no deja de sonar, diremos, que soportamos un alto tráfico telefónico ese día. En general llamamos tráfico telefónico al grado de utilización de los distintos sistemas de la red telefónica, así si nuestro teléfono esta colgado, decimos que no cursa tráfico en ese momento, si en un enlace entre dos centrales no hay ninguna comunicación establecida, tampoco se cursa tráfico en ese medio en ese momento, si en una central de una localidad pequeña durante la madrugada todos los abonados tienen sus teléfonos colgados, no se cursa tráfico local en la central, durante ese tiempo.

El tráfico telefónico, se mide, como se desprende de lo anterior, en tiempo de ocupación de los medios que intervienen en la red telefónica, diremos entonces, que un teléfono que esté ocupado durante 30 minutos en un día, soporta un tráfico de 30 minutos.

El ejemplo de un teléfono particular, sólo es valorable, para conocer si un abonado necesita disponer de mas lineas para hacer frente a su tráfico telefónico, pero conocer el tráfico que va a existir, es muy importante para poder dimensionar las centrales, y los medios necesarios de enlaces entre núcleos de población.

A lo largo del tiempo, las compañías telefónicas, han ido observando y cuantificando el número de llamadas efectuadas y su duración, pudiendo obtener gráficas estadísticas, que les indican las necesidades de los abonados, en función del tipo de población, actividad económica, etc... Algunas de estas gráficas se encuentran

representadas a continuación.

Gráfica A.- Tráfico diario en una central local de un barrio comercial.

Gráfica B.- Tráfico semanal en una central local de una población media.

Gráfica C.- Tráfico anual en una población de veraneo.

Gráfica D.- Tráfico anual en una población industrial.

Gráfica E.- Tráfico anual en una población con alguna industria y además lugar de veraneo.

Gráfica F.- Tráfico anual en una población con alguna industria y actividad agrícola.

Gráfica G.- Tráfico anual en una población sin predominio de ninguna actividad.

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Existen variaciones accidentales como las que se producen en fechas fijas del año (Nochevieja, Navidad), y otras de carácter ocasional, como acontecimientos o celebraciones de especial relevancia, y con ocasión de catástrofes o accidentes; por la excepcionalidad de las mismas nunca serán tenidas en cuenta para el dimensionado de los medios telefónicos.

3.1.- Volumen e Intensidad de tráfico (Unidades).

Como ya se ha visto, el volumen de tráfico se expresa en tiempo de ocupación de los medios. Existen algunas unidades específicas utilizadas en telefonía para expresar estos tiempos: LLAMADA REDUCIDA (LLR).- Es un tiempo de ocupación de 2 minutos.

CENTUM CALL SECONDS (CCS).- Es un tiempo de ocupación de 100 segundos.

Para tener una idea más clara sobre el grado de ocupación de los elementos del sistema telefónico, es preciso, no sólo expresar qué tiempo está ocupado, si no también el tiempo de observación para obtener esa medida de ocupación, así, en un equipo que está ocupado una hora al día, y otro que esta ocupado 1 hora en dos horas, el tiempo de ocupación es el mismo (1 hora ) pero si incluimos el tiempo de observación, tendremos lo que denominamos intensidad de tráfico, y llevado al caso anterior, y expresando los tiempos de observación en tiempos iguales, se obtendrá 1 hora/día para el primero y 12 horas/día para el segundo.

Con lo expuesto, se plantea el problema de unificar el tiempo de observación, para ello, se ha visto que por la observación del tráfico en los gráficos anteriores, existe una hora al día, durante la cual se alcanza el máximo de ocupación en los medios, y por tanto cualquier otra hora, ocupa menos de estos medios; es por tanto lógico, que la mayor intensidad de tráfico se dé en esta hora, y por lo tanto, será la mejor para observar si se está próximo a saturar el sistema.

La hora de máximo tráfico, se denomina como Hora Cargada (HC), y es el periodo de 60 minutos consecutivos a lo largo del día ( No tiene que coincidir con unas horas exactas del reloj ), en el que el grado de ocupación es mayor.

Si aplicamos esta hora cargada, a las unidades de tráfico expresadas antes, tendremos las siguientes: LLAMADA REDUCIDA EN HORA CARGADA (LLR/HC).

CIENTOS DE SEGUNDOS EN HORA CARGADA (CCS/HC).

Siendo la equivalencia entre ambas la siguiente: 1 LLR/HC = 1.2 CCS/HC 1 CCS/HC = 0.833 LLR/HC La unidad más utilizada como medida de intensidad de tráfico, es el ERLANG, y se define, como la ocupación de todo el tiempo de observación, así tendremos, que un elemento que curse un tráfico de un minuto, en un minuto de observación, tiene una intensidad de tráfico de 1 Erlang (durante ese periodo de observación); también lo tendrá un elemento que se ocupe 1 hora, durante una 1 hora de observación. De lo anterior podemos deducir, que nunca un elemento, podrá tener un tráfico superior a 1 Erlang.

Resumiendo con un ejemplo, supongamos una central local con capacidad de 10000 circuitos, mediremos su máxima intensidad de tráfico en la HC de ese día, y suponiendo una ocupación media de 30 minutos por circuito, en esta HC, tendríamos 30*10000/60*10000=0,5 Erlang.

COMENTARIO: Sobre el ejemplo anterior diremos, que esta central en su diseño, ha sido sobredimensionada y por tanto es antieconómica, ya que durante la HC lo ideal es que la intensidad del tráfico sea próxima a 1 Erlang.

3.2.- El dimensionado a través de la HC. Uno de los principales problemas que se plantean, es conocer el número de elementos necesarios, para establecer las comunicaciones entre los distintos terminales, siendo en este apartado, donde tiene su utilidad la medida del tráfico telefónico. Si a una central local, la dotamos de elementos para realizar 5000 comunicaciones simultáneas, y luego observamos, que prácticamente nunca se sobrepasan las 3000, llegamos a la conclusión de que se ha hecho una mala inversión, que no está siendo rentable. Si por el contrario, se observa, que diariamente durante algunos periodos de tiempo más o menos largos se utilizan las 5000, deducimos, que aquellos que

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quieran establecer comunicaciones, fracasarán por la saturación de la central, ofreciendo entonces un servicio telefónico de baja calidad. Por todo lo expuesto, a la hora de dimensionar los elementos de las centrales, nos moveremos entre estos dos parámetros, rentabilidad económica y calidad de servicio.

En general, para hacer el dimensionado, se tomarán las medias de las horas cargadas en las épocas de máxima ocupación, descartando los acontecimientos excepcionales, y teniendo en cuenta, el ritmo de crecimiento de la demanda de comunicaciones, en la zona ó empresa.

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4.- LAS CENTRALES TELEFÓNICAS.

de

Conmutación

Enlaces

Equipos

Transmisiones

Abonados

Las centrales telefónicas, como se vio en temas anteriores, se ocupan de realizar las conexiones (conmutaciones) entre los circuitos (pares de abonado) de los usuarios, bien dentro de su área de influencia, bien con otras áreas de otras centrales; las centrales por tanto, también han sido definidas como centrales de conmutación de circuitos. Además deben realizar otras funciones importantes, como la tarificación, el mantenimiento, y la supervisión de los equipos.

Esquemáticamente, el dibujo siguiente nos muestra los bloques esenciales de equipos, necesarios para realizar estas funciones.

Administración y Mantenimiento Como observamos, el bloque mayor y principal es lo que denominamos equipos de conmutación, para todos los efectos vamos a considerar que el bloque de transmisión forma parte de los enlaces, y además veremos, que lo que hemos denominado administración y mantenimiento, normalmente se integra en las funciones de los equipos de conmutación.

4.1.- Tipos de llamadas en conmutaciones ( abonados y enlaces ).

Los tipos de llamadas a conmutar que se dan en una central telefónica, dependen de la comunicación que los abonados deseen realizar, debido a esto, podemos considerar los siguientes casos: 1) 2) 3) 4)

Un abonado de esta central, con otro abonado de la misma central (Llamada local).

Un abonado de esta central, con otro abonado de otra central (Llamada saliente).

Un abonado de otra central, con un abonado de esta central (Llamada entrante).

Si la central realiza funciones de tránsito, un abonado de otra central con un abonado de una tercera central (Llamada en tránsito).

4.2.- El equipo de conmutación.

Las conmutaciones representadas anteriormente, son realizadas de forma automática por lo que denominamos, el equipo automático de conmutación; este equipo ha ido evolucionando desde la forma manual, que se comentó en el tema 1, pasando por sistemas electromecánicos, electrónicos, y en la actualidad con tecnología digital.

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Como vimos en el tema dedicado a tráfico, este equipo debe ser capaz de establecer las comunicaciones, según el dimensionado que se desprenda, de las intensidades y volúmenes de tráfico del área donde se encuentre, lo que si podemos asegurar que no es normal, es, que todos los abonados de una central, decidan hablar al mismo tiempo; dado el alto coste que supone el equipo de conmutación, será menor, el número de comunicaciones que se pueden establecer, que el número de abonados de dicha central. Lo expuesto, nos lleva a una configuración de los equipos de conmutación, tal y como se observa en el gráfico siguiente.

En la configuración presentada en la figura, el equipo de conmutación, se encuentra dividido en varias etapas, a lo largo de las etapas de concentración, distribución, y expansión, el control efectúa las conmutaciones necesarias para establecer las comunicaciones.

A las etapas de concentración y expansión, se encuentran conectados todos los abonados de la central, en la primera a la entrada y en la segunda a la salida, (si los equipos de entrada y salida son los mismos, se dice que forma una red replegada). Todas las comunicaciones, pasan por algún circuito dentro de la etapa de distribución, por tanto, el número de circuitos en esta etapa, determina el número máximo de comunicaciones simultáneas, que se pueden mantener. Como ya se dijo, este número suele ser bastante menor que el número de abonados, por tanto en la concentración y la expansión, se obtienen unas relaciones, que expresan el número de circuitos de distribución disponible por cada abonado, tanto en salida, como en entrada, en cada caso.

Típicamente, el dimensionado de las etapas de concentración y distribución será tal, que permita una intensidad de tráfico, de entre 0,03 y 0,05 Erlangs por abonado, y entre 0,6 y 0,9 Erlangs por circuito respectivamente, durante la hora cargada.

Ejemplo: En una central de 10000 abonados, cuya etapa de concentración tenga una relación de 1:10 y que en la hora cargada soporta 450 Erlangs, tendremos que la etapa de distribución estará compuesta por 1000 circuitos. En general la etapa de expansión tendrá la relación opuesta a la de concentración, en este caso 10:1.

Calculando las tasas en concentración y distribución se tendrá: 450 /10000 = 0,045 Erlangs / Abonado 450/1000 = 0,45 Erlangs / Circuito (Baja rentabilidad de la etapa de distribución) Como vemos en el gráfico, durante la etapa de distribución, se accede a los enlaces de salida y se incorporan los enlaces de entrada, si en una central local determinada, se produjera el hecho de que el número de llamadas entrantes, es mucho mayor que el de llamadas salientes, la relación en la etapa de expansión sería distinta (Mayor) que en la etapa de concentración, igualmente se podría contemplar el caso contrario.

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La etapa denominada control, es la encargada de recibir las peticiones de los abonados y de otras centrales, estableciendo en su caso, las conexiones pertinentes en cada una de las anteriormente mencionadas etapas, para ello implementa algún método, que le permite conocer el estado de todos los circuitos, y si estos están ocupados o no, en caso de que una etapa o equipo de salida este saturado, informa, mediante la emisión del tono correspondiente, del fracaso de la comunicación.

En el conjunto formado por las etapas de concentración, distribución y expansión, se realizan las conexiones necesarias para buscar un camino en la dirección solicitada por el abonado llamante, es por ello que este conjunto, a nivel físico reciba el nombre de red de conexión, y puede ser representado el equipo de conmutación según el gráfico siguiente.

4.3.- La red de conexión.

La red de conexión desde un punto de vista funcional, la podríamos definir como una gran malla formada por todas las entradas y salidas, y en cada cruce es posible efectuar, una interconexión única para la entrada y la salida seleccionada.

T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10

En general, diremos que esta red realiza el encaminamiento del canal de voz del llamante al llamado, y del canal del llamado al llamante, las conexiones realizadas en el establecimiento de la llamada, permanecen inalterables hasta la finalización de la misma. Con el avance de la tecnología de las telecomunicaciones hoy, la banda de voz puede ser transmitida en dos formas distintas, mediante señales analógicas o digitales, en próximos temas, se entrará en las diferencias de ambos sistemas y sus ventajas e inconvenientes.

Una red de conexión se dice analógica o digital, según el tipo de señales que es capaz de conmutar, y en general nunca es ambivalente.

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Las redes de conexión, realizan las conmutaciones mediante lo que denominamos etapas de conmutación, estas etapas son de dos tipos: Etapa de Conmutación Espacial: Establece el trasvase de una señal que se encuentra en un medio físico, hasta otro, de forma instantánea sin introducir retraso en la transmisión, dichos medios no podrán ser utilizados por otras transmisiones al mismo tiempo.

Etapa de Conmutación Temporal: Establece el trasvase de una señal que se produce en un intervalo determinado en el tiempo, hasta otro intervalo determinado, retrasándolo mediante un almacenamiento intermedio, durante dichos intervalos de tiempo, los medios físicos que transportan las señales, no pueden ser utilizados por otras comunicaciones.

Las redes de conexión analógicas, están compuestas exclusivamente de etapas espaciales (etapas S), es por tanto que en dichas redes sólo se realizan conmutaciones entre medios físicos distintos.

Las redes de conexión digitales, se componen de una combinación de etapas espaciales (etapas S) y etapas temporales (etapas T), produciéndose dentro de ellas, cambios de señales entre medios físicos distintos en instantes distintos.

Como podemos deducir de nuestro entorno, el sistema telefónico se ha ido adaptando a nuevas necesidades, y se ha aprovechado del desarrollo tecnológico que se ha producido en todo este siglo, es por ello lógico suponer, que los equipos de conmutación han ido cambiando con el tiempo, y podemos hacer una clasificación de los equipos de conmutación, por el tipo de red de conexión que utilizan.

Red

Analógica

Red

Digital

Etapas S

Modulación: Ninguna

Etapas S y T

Modulación: MIC

Rotativos Con buscadores y selectores (Fuera de uso)

Barras cruzadas Con Multiselectores (En desuso)

Etapas T-S-T diferenciadas (En uso)

Etapas ST conjuntas (En uso)

7A1

Pentaconta 1000

AXE

Alcatel 1.240

7A2

Pentaconta 32

7B

ARF

7D

ARM

5ESS

Pentaconta 2000 ARE Metaconta

4.4.- La unidad de control.

La unidad de control está constituida por un conjunto de circuitos, encargados de producir las órdenes necesarias para el completo encaminamiento de las comunicaciones, para ello procesará la información recibida del abonado llamante, y la producida por el estado de la red de conexión. En la actualidad, prácticamente todas las unidades de control son digitales, controladas por sistemas informáticos, algunas veces, por cuestiones económicas, podemos encontrar este tipo de control, conviviendo con redes analógicas electromecánicas, aunque cada día es menos usual.

Sobre los antiguos sistemas de control de tipo analógico, solo diremos, que utilizaban unos métodos o técnicas para explorar la red de conexión y hacer progresar la llamada, que no garantizaban en general, que una vez comenzado el proceso de actuación de los puntos de cruce, hubiera un camino final libre, estos sistemas fueron conocidos como control progresivo y control común.

Actualmente, como se ha comentado, todas las unidades de control utilizan equipos informáticos (Procesadores), y por lo tanto, usan un tipo de control que reside en un programa almacenado en la memoria de estos equipos, como gran ventaja aportan, que la simple realización de cambios en este programa, puede mejorar, ampliar, y rentabilizar todo el sistema, denominándose genéricamente control por programa almacenado (SPC - Store Program Control -), sobre este tipo de control comentaremos que se realiza con dos

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técnicas básicamente, mediante la centralización del equipo informático donde reside el programa, debiendo estar este duplicado ante la posibilidad de un fallo, y mediante la distribución de las funciones de control entre diversos equipos con sus respectivos programas, denominándose control centralizado y control distribuido en cada caso. En algunos sistemas, se ha optado por una técnica intermedia, control semidistribuido.

Al igual que ha ocurrido con las redes de conexión, las unidades de control han evolucionado a lo largo del tiempo, y podemos hacer la siguiente clasificación de los equipos utilizados.

Sistemas

de

control

analógico

Sistemas

de

control

por

ordenador

Control progresivo (Fuera de uso)

Control común (Fuera de uso)

SPC Centralizado (En desuso)

SPC Semidistribuido (En uso)

SPC Distribuido (En uso)

7A1

Pentaconta 1000

Pentaconta 2000

AXE

Alcatel 1.240

7A2

Pentaconta 32

ARE

7B

ARF

Metaconta

7D

ARM

5ESS

Si atendemos a las tecnologías que a lo largo del tiempo se han empleado en la red de conexión y el control, obtenemos la siguiente clasificación.

Sistemas Electromecánicos Red conexión: Electromecánica Unidad control: Electromecánica

Sistemas Semielectrónicos Red conexión: Electromecánica Unidad control: Electrónica

Sistemas Electrónicos Red conexión: Electrónica Unidad control: Electrónica

7A1

Pentaconta 2000

AXE

7A2

ARE

Alcatel 1.240

7B

Metaconta

5ESS

7D Pentaconta 1000 Pentaconta 32 ARF ARM

4.5.- Funciones Básicas en los equipos de conmutación.

Todos los equipos de conmutación, sea cual sea su sistema y tecnología, han de proporcionar un conjunto de funciones y servicios básicos, imprescindibles para el buen funcionamiento del sistema telefónico.

4.5.1.- Funciones básicas comunes a los sistemas analógicos y digitales de conmutación.

1) Interconexión.- Es la capacidad del sistema para suministrar vías de comunicación entre abonados de la central, de estos con los enlaces, y entre los enlaces en el caso de tránsito, esta función es soportada por la red de conexión.

2) Control.- Mediante esta función se analizan las informaciones recibidas desde los terminales de abonados, enlaces y red de conexión, para gestionar los medios de interconexión, es realizada por la unidad de control y agrupa un gran número de funciones menores, entre

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otras citaremos por su importancia la de prueba de ocupación, y en la que el sistema verifica si un medio u órgano se encuentra ocupado o en situación de serlo.

3) Supervisión.- Esta función puede considerarse desde dos puntos de vista.

A.- Observación continua sobre los enlaces y líneas de abonado para interpretar la llegada de una solicitud de comunicación. En los equipos analógicos esta función la realizan los equipos de línea, que son las entradas a la red de conexión, por contra en los equipos digitales es el control quien efectúa exploraciones periódicas sobre las lineas de abonados para detectar las llamadas.

B.- Atención constante a los caminos establecidos en la red de conexión por las comunicaciones en curso, para su liberación en caso de finalizar las mismas, o su retención en caso contrario. Esta función es realizada por los órganos y equipos de la red de conexión en los sistemas analógicos y por la unidad de control mediante exploraciones periódicas, en los sistemas digitales.

4) Señalización con los terminales de abonados.- Solo en las centrales que tengan abonados, permitiendo ejercer las siguientes acciones.

A.- Detectar que un abonado desea establecer una llamada. Aunque puede parecer que es la función de supervisión antes descrita, la recepción de esta señal pertenece a señalización con el abonado ( No la interpretación ).

B.- Enviar al terminal de abonado distintos tonos y señales normalizadas, que informan a éste del estado de la comunicación.

Denominación

Frecuencia (Hz)

Tensión (V)

Emisión (ms)

Silencio (ms)

Tot. Ciclo (ms)

Tono de marcar o de línea Tono de llamada Tono de ocupado Tono de información (Colapso)

400 400 400 400

30 30 30 30

continua 1.500 170 3*170

------3.000 200 (2*190)+580

------4.500 370 1.470

Tono de nivel muerto (Desconocido) Señal de llamada (Timbre)

400 25

30 75

2*230 1.500

170+500 3.000

1.130 4.500

C.- Recibir marcación de número solicitado desde el terminal del abonado, para establecer la conexión, existen dos sistemas, por pulsos y por tonos, los sistemas analógicos sólo aceptan la marcación por pulsos y los digitales aceptan los dos.

Cuadro de tonos dobles del sistema AMTD, marcación multifrecuencia.

Frecuencias (Hz)

1209

1.336

1.477

1.633

697

1

2

3

A

770

4

5

6

B

852

7

8

9

C

941

*

0

#

D

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5) Señalización con otras centrales.- Intercambio de señales con otras centrales, para tomar o liberar enlaces y conexiones remotas con abonados, las podemos subdividir como sigue.

A.- Detectar / Solicitar la toma de un enlace de llegada/salida desde / hacia una central distante, es decir recibir / mandar las señales para una llamada entrante / saliente o en tránsito. Al igual que con anterioridad la función de recepción pertenece a señalización y la interpretación a supervisión.

B.- Recibir / Mandar información numérica de marcación desde / hacia un enlace de llegada / salida para el establecimiento de una comunicación.

6) Almacenamiento y análisis de la información recibida.- Las informaciones numéricas de marcación recibidas desde las líneas de abonado o enlaces, deben ser almacenadas o registradas, y su decodificación analizada para la toma posterior de decisiones de conexión, claramente es una función sostenida por la unidad de control.

7) Selección y conexión.- Entendemos por selección, el proceso de búsqueda de un camino libre, para establecer una comunicación en la red de conexión de entre los disponibles, ya sea entre abonados o entre enlaces, y elegir uno de ellos, una vez elegido, la función de conexión elabora las órdenes para operar la red conexión. Los sistemas digitales almacenan el camino seleccionado, para que una vez terminada la comunicación, se pueda liberar los puntos de cruce elegidos.

8) Explotación y mantenimiento.- Para manejar las centrales desde el punto de vista de su explotación, es preciso que los sistemas de conmutación soporten un conjunto de funciones, operación, conservación, administración y tarificación que permitan una explotación racional y económica de la red. El grado de fiabilidad y automatismo de las funciones de explotación, debe ser muy alto.

4.5.2.- Funciones básicas de los sistemas de conmutación digitales.

1) Sincronización.- Por la naturaleza de la tecnología digital, es necesario que todos los elementos y órganos que forman tanto los equipos internos de las centrales, como el conjunto de todas las centrales, tengan un único patrón de tiempo o al menos con variaciones muy pequeñas y corregibles automáticamente. Por lo anteriormente expuesto todos los equipos de conmutación digital, están dotados de relojes internos sincronizables en frecuencia y fase, señales de referencia desde centrales distantes, y procedimientos de elección y alteración de parámetros en las señales de reloj.

2) Conmutación de paquetes.- Dada la forma que adquieren las comunicaciones vocales con tecnología digital, es posible realizar transporte de datos de diversa naturaleza y no solo provenientes de comunicaciones vocales, estos datos contenidos dentro de lo que se denomina paquete (bloque de tamaño variable de datos en forma de octetos), son enviados a través de la red de enlaces y terminales, en general, el intercambio de paquetes entre dos puntos de la red, no es simultáneo, como ocurre con las voces del llamante y llamado en la red de conmutación de circuitos, pudiendo ser estos, mandados en función de los intereses y posibilidades de la red en cada momento y por tanto no ocupan un circuito de comunicación permanente, aún mientras dura la transmisión.

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5.- LA SEÑAL TELEFÓNICA. En este tema vamos a abordar las formas y características de la señal telefónica, definiendo como tal, la onda eléctrica en la que se transforman los sonidos, y que es transportada a través de la red telefónica hasta los terminales.

5.1.- La transformación sonido - electricidad.

La naturaleza del sonido, está en las ondas de presión que se producen en un medio al hacer vibrar las moléculas de dicho medio, con frecuencias de entre 20Hz y 20000Hz. Para transformar las variaciones de presión creadas por el sonido en variaciones eléctricas se ideó un transductor al que se le denominó "Micrófono". Originalmente, un micrófono estaba constituido por un recipiente metálico, lleno de gránulos de carbón, cuya tapadera también metálica, hacía las veces de menbrana. La configuración, descrita tal y como aparece en la figura y conectada a una batería, hace que circule una corriente por el circuito, el valor de ésta depende de la tensión de la batería y de la resistencia de los gránulos de carbón. Al impactar en la menbrana las ondas sonoras, hace que los gránulos de carbón se compriman mas o menos, esta variación en la compresión de los gránulos hace que la resistencia eléctrica del conjunto disminuya o aumente, y por tanto y de forma inversa la corriente en el circuito, obteniéndose así una corriente que varía con las vibraciones sonoras.

Imán

Bobina

Ondas de presión

R I Cono de cartón Variaciones de intensidad Membrana Recipiente conductora conductor Gránulos de carbón

V Batería

Para reconstruir las ondas de presión originales, se construyó un transductor en sentido contrario, para ello, se dispuso un cono de papel rígido unido a una bobina, e introducida ésta en el interior de un campo magnético creado por un imán permanente. Si introducimos dicho dispositivo dentro del circuito anterior, ocurre, que las variaciones de corriente eléctrica provocarán cambios de igual frecuencia en el campo magnético de la bobina, generando una vibración de igual magnitud y por tanto vibrando el cono de papel, creándose ondas de presión en el medio circundante (normalmente aire), éste es el principio de funcionamiento de los auriculares y altavoces.

Como se observa en el gráfico, las variaciones en la corriente eléctrica, son transportadas por los conductores y siguen fielmente las variaciones de la presión sonora. Como podemos deducir, el número de valores que puede adquirir la corriente en el circuito es infinito, y son tantos como valores distintos pueden tomar las ondas de presión, esto se conoce como una magnitud analógica, y la definimos como aquella que puede tomar infinitos valores para cualquier intervalo por muy pequeño que se tome este, por tanto la señal eléctrica producida en el micrófono de un teléfono, y que hay que transportar hasta el terminal distante, es de tipo analógico.

5.2.- La señal telefónica analógica: Características y problemática.

Para poder transportar la señal telefónica analógica a lo largo de toda la red, es necesario conocer cuales son las características o parámetros que la definen, y en función de ellos detectar los inconvenientes y problemas que se pueden producir. Como en cualquier onda, uno de estos parámetros es la amplitud, y en el caso de una señal eléctrica lo normal es que la expresemos como tensión. Aunque como se ha dicho antes, puede alcanzar un número infinito de valores, esto no debemos confundirlo con que alcance un valor infinito, por ejemplo, una señal que varía entre 0V y 1V puede tomar infinitos valores intermedios, pero como máximo alcanzará 1 voltio y como mínimo 0 voltios. Si recordamos que una tensión genera una intensidad sobre un circuito, y que ademas esta es directamente proporcional al valor de esa tensión, deducimos que la forma de la corriente será prácticamente igual a la forma de la tensión.

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El otro parámetro que caracteriza a la señal que estamos tratando, es su banda de frecuencias de la cual ya se habló en el tema 1, como la señal sigue las variaciones del sonido variará a las mismas frecuencias que este, y por tanto su banda será la misma que llamamos canal de voz (0 - 4000 Hz).

Los inconvenientes para transportar esta señal a largas distancias, surgen por la alteración durante dicho transporte de algunos de los parámetros mencionados, al ser las magnitudes de dichos parámetros la información sonora, su alteración dará lugar a sonidos extraños que difieren del original. En general al proceso que deforma una señal eléctrica de forma indeseable se le denomina distorsión y es posible medirlo por comparación entre el original y el final.

Las principales fuentes de distorsión sobre la señal telefónica son:

A).- La atenuación de la señal, que produce una bajada o pérdida de los niveles de tensión y está directamente relacionada con la distancia de transporte, el aislamiento de los conductores, y la alteración de las características de los mismos (Impedancia) a todo lo largo de las lineas.

Para contrarrestar esto, se hace necesario someter a la señal a un proceso que restaure el nivel original y que se conoce como amplificación; éste proceso es realizado por circuitos lineales bastante complejos, y no deben introducir ninguna modificación en los demás parámetros.

NOTA: Para que la señal de salida de los terminales esté unificada, se le regula en el mismo terminal para que el nivel medio sea uniforme, esto se logra elevando los niveles bajos (susurros) y recortando los altos (gritos), mediante un circuito especial conocido como C.A.G. (Control Automático de Ganancia), y es necesario para que los amplificadores distantes, sepan que nivel deben restaurar.

B).- La pérdida de ancho de banda, que produce que no todas las señales de distintas frecuencias se conserven igual, dando lugar a una falta de ecualización o deformación del tono. Para corregir este problema se utilizan pares simétricos compensados (entrelazados), se chequean las líneas midiendo las pérdidas de ecualización mediante señales patrones, e introduciendo circuitos ecualizadores que corrigen estas desviaciones detectadas.

C).- El ruido térmico y electromagnético, que tienen su origen en la propia naturaleza del fenómeno eléctrico, y que añaden señales espúreas superpuestas a la señal de la información sonora. El ruido térmico es provocado por la propia corriente eléctrica al circular por un conductor y agitar térmicamente los átomos del mismo, siendo de muy difícil eliminación. El ruido electromagnético, se produce al inducirse en el conductor señales por atravesar éste, campos eléctricos y/o magnéticos en su recorrido, para reducirlo se somete a los conductores a aislamiento por medio de recubrimientos con capas metálicas conocidas como mallas.

Es necesario observar aquí, que las distorsiones creadas en los puntos B y C son amplificadas por los equipos destinados a restaurar las pérdidas del punto A, llegándose a que la proporción de las señales espúreas sobre la información original, puede hacerla irreconocible.

5.3.- La señal telefónica digital: Características y problemática.

Las señales o magnitudes que definiremos y llamaremos digitales, al contrario que las analógicas, no existen en el mundo real y por lo tanto son una creación artificial, su fin es reducir y simplificar el tratamiento de magnitudes analógicas de rango infinito a magnitudes digitales de rango finito.

Para conseguir esta simplificación hay que basarse en el teorema de Shanon (1948), el mismo, realiza el estudio de una función continua en el dominio del tiempo y el muestreo puntual de la misma. En este teorema, se demuestra que tomadas muestras de los valores instantáneos de la función, con un intervalo de tiempo suficientemente rápido y sucesivo, es posible reconstruir la función original, a partir de dichas muestras. Esto posibilita el que no sea necesario transmitir todos los valores instantáneos de una señal analógica, y con solo transmitir las muestras, o en su caso, la cuantificación codificada de su amplitud, se transporta toda la señal. Una técnica que incluye el muestreo de la señal analógica, la cuantificación de la amplitud de cada una de las muestras y la codificación de los valores así obtenidos mediante un código binario, es conocida como Modulación por Impulsos Codificados (M.I.C.), o ( PCM, Pulse Code Modulation ), al final del cual se obtiene un tren de impulsos de amplitudes conocidas ( 2 o 3 valores) y duración constante, cuya forma es una onda cuadrada.

El primer proceso al que se somete la señal analógica es el muestreo y según el teorema de Shanon, la frecuencia de muestreo, debe ser al menos el doble de la máxima frecuencia de la banda de la señal a muestrear.

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En el caso de la señal analógica telefónica al canal de voz (0-4000 Hz), le corresponde una frecuencia de muestreo de 8 Khz (Fm = 8000 Hz). Calculando el periodo de la frecuencia de muestreo se tiene que se tomará una muestra cada 125 microsegundos (µs), según se observa en el gráfico siguiente.

La señal muestreada proporcionada en este proceso es una señal analógica, ya que la amplitud que cada pulso puede alcanzar sigue siendo un rango infinito de valores. A esta señal se le conoce como modulación por impulsos en amplitud, y con solo someterla a un filtro pasabajos a 4 Khz se obtendrá la función original.

El siguiente paso es la cuantificación, esta consiste en comparar el valor alcanzado por cada muestra con una escala o retícula de valores prefijados y adjudicar a la muestra el valor por exceso o por defecto mas cercano de dicha escala. Para que este proceso se pueda realizar, es necesario que la señal muestreada o la original nunca superen un determinado máximo y mínimo, siendo necesario el control previo mediante un circuito C.A.G. sobre estas señales tal y como ya se comento en el punto anterior (5.2 A).

Secuencia cuantificada de salida

Como podemos ver, de este proceso obtenemos una secuencia de valores de rango finito, siendo en este caso de 16 (0-15). El proceso de cuantificación expuesto introduce una distorsión por la propia naturaleza del mismo ya que dos impulsos no iguales pero dentro de la misma retícula son cuantificados como iguales, este error llamado de cuantificación, a veces erróneamente llamado ruido de cuantificación, puede ser reducido aumentando la resolución de la retícula, mas valores en el rango finito, ejemplo: con una retícula de 32 valores el error se reduce a la mitad y así sucesivamente.

El método mostrado en el gráfico hace corresponder iguales incrementos en el rango de salida para iguales incrementos en la amplitud de la señal, esto es debido a que la retícula es uniforme y se dice que la cuantificación es lineal.

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Vamos a dar una segunda mirada sobre el resultado de la cuantificación y el error producido.

Observemos las muestras 5 y 6 del gráfico anterior, si calculamos el error relativo cometido en estas dos muestras, se tendría 1/5 (exceso) y 1/4 (defecto) lo que supone un 20% y 25% en cada caso. Ahora apliquemos lo mismo a las muestras 8 y 9, se tiene 1/12 (exceso) y 1/11 (defecto), en porcentaje 8,33% y 9,09%. Si comparamos los resultados obtenidos vemos que a medida que la amplitud de las muestras crece el porcentaje de error que se comete al cuantificarlos es menor, dado lo anterior parece conveniente realizar algún ajuste para que el error se mantenga constante sea cual sea la amplitud del impulso, y esto se logra haciendo que la retícula no sea constante y se vaya incrementando en la proporción del error máximo que se desea admitir, correspondiendo matemáticamente a una función logarítmica. En el caso de la telefonía y con el fin de unificar la cuantificación, el CCITT admite dos leyes de compresión-expansión, la ley µ (USA/Japón) y la ley A (Europa/SudAmérica/Rutas internacionales/etc.).

La ley A no es una función logarítmica pura, y se encuentra dividida en dos tramos, uno lineal para las pequeñas señales (0...1/A) y otro logarítmico para señales mayores (1/A...1).

Ley A de compresión/expansión de norma europea Parte lineal Y = F(x) = A x / ( 1 + ln A ) para el intervalo -1/A ≤ x ≤ 1/A Parte logarítmica Y = F(x) = ( 1 + ln ( A x )) / ( 1 + ln A) para los intervalos -1 ≤ x ≤ -1/A y 1/A ≤ x ≤ 1 El coeficiente de compresión de esta norma es A=87.6 La división uniforme del eje Y se realiza con 256 intervalos (127 positivos y 127 negativos), y con el fin mejorar la velocidad y reducir la complejidad del circuito compresor/descompresor la curva se aproxima mediante 16 tramos rectilíneos. En los cuatro tramos centrales la relación de compresión se mantiene constante.

Los 16 segmentos de aproximación se dividen en 16 intervalos uniformes dentro de cada segmento, generándose los denominados intervalos i en los cuatros centrales, generándose las relaciones siguientes que muestra el gráfico de segmentos aproximados de Ley A.

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La codificación inicial se realiza simultáneamente al proceso de cuantificación ya que la salida de dicho proceso debe ser un código numérico que identifica el valor de la muestra. En aplicación de la ley A el código para la identificación de las muestras es un número binario de 8 bit, con el significado siguiente, teniendo en cuenta que se referencia sobre el nivel 0 de ausencia de amplitud.

B7

B6

Polaridad de la muestra

B5

B4

Nº del segmento

B3

B2

B1

B0

Nº del intervalo en el segmento

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En principio este valor binario se modula en una señal binaria NRZ (no retorno a cero), modulando cada bit a la señal uno tras otro hasta completar los 8, para ello no podrá emplearse mas de 125 µs ya que pasado este tiempo se deberá empezar a modular la siguiente muestra. En el ejemplo siguiente observamos este proceso.

Codificación de dos muestras "n" y "n+1" mediante codigo binario NRZ Muestra n+1

Muestra n

pol. (-) seg. (7) int. (10)

pol.(+) seg. (1) int. (8)

01111010

10011000 inversión del orden

01011110

125 µs

00011001

125 µs

En las señales digitales no se suele expresar el ancho de banda, en cambio se expresa otro dato llamado flujo o velocidad de datos, y de este se puede deducir aquel. El flujo de datos expresa cuantos bit o byte circulan por segundo, en telefonía se usa principalmente el primero, y se le denomina bps. La señal digital mostrada tendrá 8000 muestras/seg. x 8 bit = 64000 bit por segundo (bps) y se le denomina canal digital de voz o canal de 64 Kb/s. y su ancho de banda, es 1/2 del flujo de datos (con este código), ya que 1 ciclo = 2 bit, por tanto 32 Khz, que además, es la frecuencia fundamental máxima de la banda.

Todo el proceso de digitalización de una señal analógica vocal, se realiza actualmente en las centrales digitales y no en los terminales telefónicos (teléfonos), es decir por el par de abonado la señal que se transporta es analógica; la única excepción se produce en la denominada R.D.S.I. (Red Digital de Servicios Integrados) que se estudiará en profundidad en temas posteriores.

Con lo mostrado hasta el momento, la única ventaja que aporta la señal digital frente a la analógica, es que no necesita amplificadores, ya que aún atenuándose y deformándose,es fácil deducir si originalmente se emitió un "1" ó un "0", y su reconstrucción es muy sencilla a través de unos circuitos llamados regeneradores; veamos un ejemplo:

Señal en el origen de transmisión

125 µs

125 µs

Señal tras un tramo de transporte 1 0 125 µs

125 µs

Señal de salida tras un circuito regenerador

125 µs

125 µs

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Como observamos en el gráfico, la señal se va distorsionando a lo largo de las lineas de transporte, a causa de los fenómenos expuestos para la señal analógica, pero al llegar al regenerador solo es necesario detectar cuando la magnitud de la señal supera un nivel que define un "1" y por debajo del cual se define un "0", el regenerador para restaurar el nivel original de unos y ceros solo necesita conocer un parámetro del que todavía no hemos hablado, aunque si lo hemos dibujado, este parámetro es el inicio de cada dato. Veamos con mas atención el gráfico anterior, si nos fijamos en el primer bit transmitido, vemos que cuando aún no ha acabado el tiempo durante el cual debería estar en nivel 1, cae a nivel 0 y sin embargo a la salida del regenerador se ha restaurado todo la señal en el tramo de dicho bit; para poder conseguir esto, es necesario que se envíe al regenerador información para conocer cuando empieza cada bit, a esta información auxiliar, pero muy importante, se le denomina de sincronismo y sin ella sería imposible el transporte de señales digitales, en los temas dedicados a transmisión veremos como se integra esta información en la señal transmitida.

Las muestras de señal, han sido convertidas en datos digitales de 8 bits mediante la técnica M.I.C. y para restaurar la señal original, deben ser transmitidos antes de que pasen 125 µs entre ellos, esto no significa necesariamente que se tarde 125 µs en transmitir los 8 bits, supongamos que los transmitimos en la cuarta parte de ese tiempo, pero mantenemos el tiempo entre muestras, esto implica que el tiempo que dura cada bit se reduce a la cuarta parte.

125 µs

15,625 µs Tiempo de octeto

125 µs

Tiempo entre muestras

Tiempo de bit Tiempo no usado 31,25 µs 93,75 µs

125 µs 3,9 µs

Tiempo de octeto

125 µs

Tiempo entre muestras

Tiempo de bit Ademas, se genera un tiempo muerto durante el cual no se transmite información, este tiempo, puede ser aprovechado para transmitir las muestras de otras señales de otras comunicaciones, de tal manera, que el medio de transmisión (circuito) es utilizado al mismo tiempo por mas de una comunicación, a diferencia de lo que ocurre con las señales analógicas, donde cada circuito es utilizado en forma exclusiva. En el ejemplo anterior hemos repartido los 125 µs (que deben ser invariables) entre cuatro comunicaciones, esta técnica recibe el nombre de M.D.T. (Multiplexación por División en el Tiempo), cada uno de los tramos ocupados por los octetos dentro del tiempo de muestreo (125 µs) se le denomina canal y constituye un circuito virtual de comunicación, al conjunto formado por los 4 octetos se le denomina trama.

La aplicación de las técnicas M.I.C. y M.D.T. conjuntamente, da lugar a un tipo de señal estándar que es la base del sistema telefónico digital, llamada Trama MIC Básica y que se muestra a continuación.

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Trama Básica MIC de 32 canales (30+2) (Europa y Red Internacional)

Canales telefónicos 16 al 30

Canales telefónicos 1 al 15

C C C C C C C C C C C C C C C C 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16

C C C C C C 15 14 13 12 11 10

Canal de señalización

C 9

C 8

C 7

C 6

C 5

C C 4 3

C 2

C 1

C 0

Canal de alineación de trama

125 µs Tramas por segundo = 8000 Tiempo de trama = 125 µs Canales por trama = 32 Tiempo de canal = 3,9 µs Bits por canal = 8 Tiempo de bit = 4 88,28 ns Bits por trama = 256 Velocidad =8000x256=2048000 bps = 204 8 Kb/s = 2Mb/s Comprobación tiempo de bit : 1/Velocidad = 1/2048000

Existe otro tipo de trama básica admitida por el CCITT, esta trama constituye la base de los sistemas digitales de telefonía, utilizados en EEUU y Japón, y la describimos a continuación:

Trama Básica MIC de 24 canales + 1bit (EEUU y Japón)

Canales telefónicos 1 al 24 C C C C C C C C C 24 23 22 21 20 19 18 17 16

C C C C C C C 15 14 13 12 11 10 9

C 8

C 7

C 6

C 5

C C 4 3

C 2

C bit 1 F

Bit de alineación y supervisión

125 µs Tramas por segundo = 8000 Tiempo de trama = 125 µs Canales por trama = 24 Tiempo de canal = 5,18 µs Bits por canal = 8 Tiempo de bit = 647,6 ns Bits por trama = 193 Velocidad =8000x 193= 1544000 bps = 1544 Kb/s Comprobación tiempo de bit : 1/Velocidad = 1/ 1544000

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Este tipo de señal aporta grandes ventajas, aparte de las mostradas respecto de la distorsión, entre otras y una de las mas importantes, es que permite las comunicaciones de datos, que se integrando en el mismo sistema de forma transparente y aporta una gran expansión para otros servicios de telemática y telecomunicación. Los grandes avances efectuados en el tratamiento de datos por los sistemas informáticos, puede ser empleado para el control de este tipo de señal, reduciendo los sistemas físicos necesarios para el transporte y conmutación de las comunicaciones.

El mayor problema que se crea con los sistemas MIC, es la necesidad de sincronizar todo el sistema, de tal manera, que todos los equipos de la red puedan conocer exactamente cuando comienzan las tramas y en caso de perder la sincronización avisar al sistema y poder restaurarla de nuevo.

5.4.- Direccionalidad de los medios de transporte.

Tanto en los sistemas telefónicos analógicos como digitales los medios utilizados para transportar las señales son unidireccionales, con excepción del par de abonado, es decir para transportar una señal analógica generada en A hasta B se necesita un medio y para la generada desde B hasta A otro distinto, en este caso dos circuitos. Para las señales digitales ocurre lo mismo, para una comunicación harán falta dos tramas básicas MIC de sentidos distintos (dos circuitos virtuales) y en general estarán soportadas por medios distintos.

Lo anterior debe ser recordado en temas posteriores, ya que para simplificar las explicaciones, solo se hará referencia a uno de los sentidos.

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6.- SISTEMAS DIGITALES DE CONMUTACIÓN. En este tema vamos a exponer el funcionamiento de dos tipos de sistemas digitales de conmutación, los sistemas analógicos de conmutación, no van a ser objeto de tratamiento, ya que son obsoletos y actualmente están siendo retirados y sustituidos. Los sistemas que se exponen a continuación muestran dos filosofías sobre tipos de control, el sistema AXE es un control semidistribuido, y el sistema 1240 un control distribuido.

6.1.- Sistema digital AXE. El sistema de conmutación digital AXE utiliza una red de conexión digital con etapas Temporal Espacial - Temporal diferenciadas, con un control semidistribuido compuesto por procesadores regionales (muy especializados) y dependientes de un procesador central (versátil y potente), cuya programación se realiza a través de un lenguaje de alto nivel propio, llamado PLEX. El sistema conmuta grupos de 8 señales MIC de 512 canales de 1bit en paralelo ( 4Mb/s x 8 = 32 Mb/s) utilizando para ello 16 señales MIC básicas de 2 Mb/s ( 2Mb/s x 16 = 32 Mb/s), éstas pasan una conversión serie/paralelo y una multiplexación bit a bit de 2 a 1, tal como muestra la figura.

TRAMA INTERNA SISTEMA AXE 4Mb/s 16 bits (B0) de los 16 Canales 31 de las 16 MIC básicas C C C C C C C C C C C C C C C C 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16

16 bits (B0) de los 16 Canales 0 de las 16 MIC básicas C C C C C C 15 14 13 12 11 10

C 9

C 8

C 7

C 6

C 5

C C 4 3

C 2

C 1

C 0

16 bit x 32 canales = 512 bit 125 µs

La trama mostrada corresponde al MIC interno de orden 1 de 8

La implementación del sistema se ha realizado mediante técnicas de desarrollo modular, intentando que las distintas funciones queden bien definidas y no entrelazadas. la estructura modular del sistema está dividida en cuatro niveles, el primer nivel lo constituyen dos bloques llamados Sistemas (APT y APZ), cada uno de los cuales se divide y compone en otros bloques mas pequeños llamados Subsistemas (SSS,...,MAS), estos a su vez se constituyen por un nivel mas de refinamiento, en bloques mas pequeños, llamados Bloques Funcionales (BJ,...,KR), y por último el nivel mas bajo lo constituyen las llamadas Unidades Funcionales (AJC,...,AJU).

Los objetos de cada uno de los niveles expuestos, están constituidos por combinaciones de elementos básicos en cualquier sistema de procesamiento digital (Hardware y Software), por ser AXE un control semidistibuido diferenciamos entre Software de procesamiento central y Software de procesamiento regional o dedicado.

En la página siguiente, tenemos un diagrama de bloques, donde se muestra toda la estructura modular y los elementos software o hardware que contienen.

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El sistema denominado APZ constituye un sistema de tratamiento de datos y el sistema APT es el sistema de conmutación. El sistema APZ controla y supervisa al sistema de conmutación APT, para ello cuenta con un conjunto de procesadores regionales y un procesador central doble trabajando en modo iterativo sincrono.

En este reparto de funciones, los procesadores regionales realizan tareas reiterativas y rutinarias, mientras, el procesador central realiza funciones mucho mas complejas de supervisión y coordinación del sistema.

6.1.1.- Los subsistemas de APT. SSS.- Subscriber Switching Subsystem. Subsistema de conmutación de abonados, realiza la atención y señalización con las lineas de abonado, ademas contiene las etapas de concentración y expansión en red replegada.

GSS.- Group Switching Subsystem. Subsistema de conmutación de grupo, contiene los sistemas de multiplexión/demultiplexión para tramas de 4 Mb/s y la red de circuitos de conmutación, constituida por una serie de conmutadores T-S-T, es la etapa de distribución.

TSS.- Trunk Sigmalling Subsystem. Subsistema de enlaces y señalización entre centrales, contiene circuitos para enlaces unidireccionales de entrada y salida, circuitos de enlaces bidireccionales para MIC internos de 4 Mb/s, equipos receptores y emisores de señalización de enlaces, equipos para mensajes grabados.

SUS.- Subsistema de servicios suplementarios de abonado. Solo está compuesto por software central y trata las peticiones de otro tipo de servicios diferentes a una llamada a otro abonado, por ejemplo, servicios de despertador y horarios, averías, desvíos de llamadas, buzones de voz, llamadas en espera,....,etc.

TCS.- Traffic Control Subsystem. Subsistema de control de tráfico. Contiene solo software central para controlar el estado de las llamadas, ordenando el mantenimiento de las conmutaciones o su liberación.

CHS.- Charging Subystem. Subsistema de tarificación. Decide y aplica la tarificación a cada comunicación, al igual que los dos anteriores solo es software central.

OMS.- Operation and Maintenance Subsystem. Subsistema de operación y mantenimiento.

Realiza la supervisión del sistema APT, aunque contiene hardware, fundamentalmente está formado por software regional y central, permite la localización de averías y el desvío de los servicios para realizar el mantenimiento en caso de reparaciones.

6.1.2.- Los subsistemas de APZ. RPS.- Regional Processor Subsystem. Subsistema de procesador regional. Compuesto por el hardware de los procesadores regionales y los programas del software regional, estos programas son muy repetitivos y requieren tratamiento en tiempo real, aunque suelen ser simples a nivel de toma de decisiones.

CPS.- Central Processor Subsystem. Subsistema de procesador central. Ejecuta funciones complejas con un alto grado de dificultad en la toma de decisiones, lo componen el hardware de los procesadores centrales y el software central.

IOS.- Input Output Subsystem. Subsistema de entrada y salida. Da soporte a todos los terminales de intercambio de información del sistema destinados a visualizar o almacenar parámetros, está compuesto por monitores, teclados, impresoras, unidades de almacenamiento masivo (cintas, discos,..), y el software de comunicación, edición y compilación necesario para dichas labores.

M.A.S.- Maintenance Subsystem. Subsistema de mantenimiento. Comprueba y supervisa al sistema APZ, para ello dispone de una unidad de testeo, capaz de simular distintas situaciones y comprobar las decisiones tomadas por el procesador central.

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6.1.3.- Conexión entre los bloques funcionales Hardware.

Vamos a dar una mirada mas profunda a la estructura hardware de AXE, para ello disponemos del siguiente gráfico a nivel de bloques funcionales, donde se observan las conexiones entre ellos.

CONEXIONES HARD WARE EN EL SISTEMA DIGI TAL AXE SSS

TSS

GSS

ETC ITC

BJC SSN LIC

OTC AJC

ASD

KRD

CRD CSD

RPS RP

RP

RP

RP

RP

IOS TW

RP

CPS CP-A

CP-B

PTU

MAS CT

MAU

Podemos ver como los subsistemas SSS, GSS, TSS, tienen procesadores regionales conectados con funciones específicas, destinadas al control de bloques funcionales como LIC, SSN,..., etc. Estos procesadores están conectados a los procesadores centrales y estos unidos entre sí. Observamos también, como dentro de los procesadores regionales, están dos muy especializados con funciones de intercambio de información con los operadores, y pruebas y simulación del sistema.

A continuación vamos a explicar con más detenimiento, los bloques que directamente realizan las conmutaciones y que son SSS, GSS y TSS. Los pares de abonados acceden a SSS, a través del bloque LIC que contiene los equipos de línea, éste se ocupa de verificar el estado de los terminales y en su caso el envío de señalización de abonado, tras lo cual el bloque SSN verifica si existen líneas de distribución libres y en su caso realiza una conmutación espacial hacia una de ellas, constituyendo en si mismo la etapa de concentración para el terminal llamante, y la de expansión para las señales del terminal llamado, éstas líneas de distribución se engloban dentro de los bloques AJC (llamante) y BJC (llamado). Las señales enviadas por los terminales son sometidas a conversión A/D y MDT en el caso de terminales analógicos y sólo a MDT las provenientes de terminales digitales, hasta obtener los MIC internos de 4 Mb/s paralelos propios del sistema, esta labor la

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realizan los bloques PCD, que además realizan las funciones inversas para las señales salientes hacia los terminales de los abonados. Si la marcación del terminal llamante fuese por tonos, se auxiliará al sistema desviando estos tonos hacia el bloque KRD para su interpretación, una vez terminada la marcación, el software regional del módulo TST la interpreta y si es posible (no saturación), ordena las conmutaciones en las etapas TS-T. Una llamada local será redirigida al primer bloque PCD para su demultiplexación y desconversión, entrando la señal hacia los circuitos de distribución salientes de BJC, hasta SSN que ahora ejerce función de etapa de expansión.

Si la llamada fuese saliente se activaría el bloque CSD que emite señalización para enlaces, y estos se incorporarían a la señal telefónica en el segundo bloque PCD, llegando al bloque de enlaces de salida OTC ambas señales; al mismo tiempo la central distante devuelve códigos por medio del bloque ITC, estas señales entrarán en PCD para la separación de la señalización de enlace, que será llevada hasta CRD para su interpretación, la señal vocal será conmutada por TST y tratada a su salida como ya se explico para las llamadas locales.

Las llamadas entrantes cambian el sentido y repiten los procesos anteriores, dejamos al lector el deducir su descripción detallada. Hay dos bloques ASD (emisor/receptor señalización de enlaces bidireccionales) y ETC (enlaces bidireccionales), que no han sido utilizados en los procesos descritos, estos bloques son utilizados para establecer enlaces bidireccionales utilizando tramas MIC de 4 Mb/s, es por ello que entran directamente al bloque T-S-T, y permiten ahorrar las conversiones en las comunicaciones con otros sistemas AXE. En el subsistema de procesadores regionales, observamos que los cuatro centrales presentan un aspecto distinto, esto es debido a que estos bloques no son únicos, sino que se incrementarán en función del tamaño de los subsistemas SSS, GSS y TSS, a los que controlan y supervisan. Este incremento de procesadores regionales iguales no supone un incremento de software regional, ya que poseerán el mismo, por ejemplo todos los que dependan de LIC/SSN, y así respectivamente los demás. Como ya se ha mencionado controlan directamente los dispositivos hardware, descargando de labores reiterativas y pesadas al software central.

Por contra a lo afirmado sobre los procesadores regionales que controlan los subsistemas de conmutación, los dos procesadores regionales dedicados a pruebas del sistema y soporte de teclados, monitores,..etc, solo verán incrementado su software y sus memorias de almacenamiento, pero mantendrán un solo procesador. Todos los procesadores regionales están unidos entre sí y con los dos procesadores centrales, permitiendo, el transvase de información entre todos los elementos con capacidad de análisis y toma de decisiones.

Los procesadores centrales son redundantes, es decir reciben los mismos datos y emiten las mismas ordenes, así si uno fallara el otro atendería el control completo mientras se repara la avería, su software es mas versátil y con capacidad para labores mas complejas.

La supervisión del sistema APZ la realiza el subsistema MAS contando para ello con un bloque MAU que realiza la supervisión del procesador central, bloqueando al procesador que falle en caso de error. También se cuenta con una unidad procesadora de pruebas denominada PTU, esta unidad permite enviar información sobre las pruebas al bloque MAU, y que éste pueda comparar las respuestas dadas a las mismas por los procesadores centrales.

6.1.4.- La estructura T-S-T. A continuación vamos a estudiar la estructura central de conmutación de AXE, como se ha dicho está compuesta por etapas espaciales y temporales separadas. El hecho de que este compuesta por una etapa T, seguida de una S y de otra T, no es casual, como veremos después, esta configuración permite la versatilidad necesaria en intervalos de tiempo y medios, para la conmutación de tramas MIC. Con objeto de facilitar las explicaciones, supondremos que el sistema conmuta tramas básicas de 2Mb/s.

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El Conmutador Temporal.- Este dispositivo consta de una memoria tampón de 32 posiciones de 8 bit cada una, de un circuito combinacional para la habilitación de las direcciones de lectura/escritura en la memoria tampón, y de una memoria convencional de 32 posiciones de 5 bits cada una. El circuito que se muestra en la figura siguiente, es capaz de conmutar los octetos de una trama MIC entrante hasta otros intervalos de tiempo de una trama MIC saliente, para ello almacena los datos que llegan en un intervalo, hasta el momento en que corresponde el intervalo al que se quieren conmutar (una fracción de 125 µs).

ETAPA DE CONMUTACIÓN TEMPORAL CONTROLADA POR ENT. Ó SAL. MEMORIA TAMPON (32X8)

Cn31 Cn30 ... Cn1 Cn0 Trama MIC entrante

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

Cn31Cn30 ... Cn1 Cn0 Trama MIC saliente

Circuito Combinacional

C. Ent.

C. Sal.

Sec. Mem.

Sec. Nat.

Sec. Nat. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

Con0 Con1 ... Con30 Con31 Direcciones de conmutación ordenadas por el procesador central.

El circuito mostrado es mandado por el sistema de control, para ello puede emplear dos métodos.

A.) Grabar en la memoria de control la posición donde deben ser escritos los canales del MIC entrante, siendo leídos secuencialmente en orden natural las posiciones de la memoria para el MIC saliente (Control por entrada).

B.) Grabar en la memoria de control la posición de donde deben ser leídos los canales del MIC saliente, siendo escritos secuencialmente en orden natural en las posiciones de la memoria para el MIC entrante (Control por salida).

En el circuito mostrado el conmutador situado entre la memoria de control y el circuito combinacional, realiza este cambio de modalidad.

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El Conmutador Espacial.- La etapa de conmutación espacial está compuesta por una matriz de conmutación de 3x3, y una memoria de control. El circuito que se muestra seguidamente puede conmutar

ETAPA DE CONMUTACIÓN ESPACIAL. 00

MATRIZ DE CONEXIÓN CONTROLADA (3X3) 01

00

01

10

00

Cn31 Cn30 ... Cn0

Cn31 ... Cn1 Cn0 Trama MIC 0 saliente

Trama MIC 0 entrante 10

01

Cn31 Cn30 ... Cn0

Cn31 ... Cn1 Cn0 Trama MIC 1 saliente

Trama MIC 1 entrante 10

Cn31 Cn30 ... Cn0

Cn31 ... Cn1 Cn0 Trama MIC 2 saliente

Trama MIC 2 entrante

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

0 0

0 1

0 1

1 0

1 0

0 0

Con0 (1,2,3)

... Con31 (1,2,3)

Direcciones de conmutación ordenadas por el procesador central.

NOTA: Nunca habrá 2 pares iguales para un canal.

Cont. MIC0 Cont. MIC1 Cont. MIC2

Entrantes

cualquier canal de los MIC entrantes, hasta el mismo canal de cualquier MIC saliente.

Este circuito al igual que el anterior es mandado por el sistema de control, que escribe en la memoria de control, que conmutadores deben cerrarse durante los intervalos de cada canal, así por ejemplo, se puede desviar cualquier canal de un MIC entrante, hasta el mismo canal del MIC saliente, que se pone en comunicación mediante el cierre de cruce correspondiente. ** Dejamos una cuestión para el análisis del alumno. Justifique razonadamente, la afirmación que aparece como NOTA en el gráfico.

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El conjunto T-S-T.- Para poder efectuar una conmutación desde cualquier canal de cualquier MIC entrante, hasta cualquier canal de cualquier MIC saliente, no basta con utilizar sólo alguno de los anteriores circuitos, es necesario realizar varios pasos de conmutación. En AXE se utiliza la estructura que se muestra a continuación.

0

0

MIC INTERM. ENT.

1

2

0 1 2

MIC INTERM. SAL.

0 1 2

1

2

Como podemos observar en esta estructura, las tramas MIC originales, se someten a una primera conmutación temporal, para ello se utilizan etapas T controladas por salida; a continuación los MIC intermedios generados se llevan a una etapa S (3x3), las tramas MIC de salida de esta etapa, se someten de nuevo a una conmutación temporal mediante etapas T, éstas a diferencia de las primeras controladas por entrada.

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Para entender correctamente el sistema, proponemos el siguiente ejercicio de conmutación, en el mismo, el alumno propondrá los códigos a grabar en las distintas memorias de control, para conseguir todas las conmutaciones.

Canales MIC entrantes

Canales MIC salientes

MIC 0 CN 3 MIC 0 CN 5 MIC 1 CN 0 MIC 2 CN 1 MIC 2 CN 0 MIC 2 CN 3 MIC 2 CN 2

MIC 0 CN 5 MIC 1 CN 1 MIC 2 CN 0 MIC 1 CN 0 MIC 1 CN 2 MIC 0 CN 1 MIC 2 CN 1

0

0

0 1 2 3 4 5 6 7 8 . . . .

28 29 30 31

0 1 2 3 4 5 6 7 8 . . . .

28 29 30 31

1

1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 . . . .

28 29 30 31

2 0 1 2 3 4 5 6 7 8 . . . .

28 29 30 31

MIC 0 CN 1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 . . . .

28 29 30 31

0 1 2 3 4 5 6 7 8 . . . .

28 29 30 31

2 0 1 2 MIC INTERM. ENT.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 . . . .

28 29 30 31

MIC 1 CN 5

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6.2.- El sistema digital 1240.

El sistema de conmutación digital 1240, está compuesto por una red de conexión formada por etapas Espacio-Temporales y una estructura de control de tipo distribuido, su tecnología se basa en la popular familia de microprocesadores de INTEL 8086, 80286, 80386,...,etc. Tanto la distribución hardware como software se materializa por medio de diferentes módulos casi independientes en sus funciones, constituyendo por si solos minisistemas especializados con gran autonomía de procesamiento, para poder visualizar mejor el sistema, el

SISTEMA DE CONM UTA CIÓN DIGI TAL 1240 N

N

MÓDULO DE ELEMENTOS AUX. DE CONTROL

MÓDULO DE INTERFACE DE DATOS

CONTROL

CONTROL

N

N

MÓDULO DE INTERFACE DE OPERADORA

MÓDULO DE CIRCUITOS DE SERVICIOS

CONTROL

CONTROL

N

N

MÓDULO DE ENLACES ANALÓGICOS

MÓDULO DE CANAL COMÚN

RED DIGITAL DE CONMUTACIÓN

CONTROL N

MÓDULO DE INTERFACE DE U.R.A.

CONTROL N

MÓDULO DE ENLACES DIGITALES CONTROL

CONTROL

2

N

MÓDULO DE RELOJ Y TONOS

MÓDULO DE ABONADOS DIGITALES

CONTROL

CONTROL 2

N

MÓDULO DE ABONADOS ANALÓGICOS CONTROL

MÓDULO DE PERIFÉRICOS Y MANTENIMIENTO CONTROL

siguiente gráfico muestra su estructura general.

Para entender mejor su funcionamiento, podemos decir que es un sistema de pequeños ordenadores que pueden pasarse información entre ellos. El paso de información se realiza a través de la red digital de conmutación, esta red está formada por etapas espacio-temporales digitales, llamadas multipuertos.

La filosofía general de este sistema reside, en que cada módulo contiene la suficiente capacidad para solicitar un camino de comunicación en la red digital de conmutación (Multipuertos) y por tanto poder dialogar con otros módulos y realizar así los transvases de las señales digitales que constituyen el tráfico telefónico.

Al igual que el sistema AXE, no utiliza tramas MIC normalizadas de 2,048 Mb/s, en su lugar usa tramas de 4,096 Mb/s, compuestas por 32 canales de 16 bit (no multiplexados).

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6.2.1.- Los módulos del sistema 1240.

A continuación vamos a describir los distintos módulos que pueden constituir el sistema y explicaremos la funciones que realizan cada uno de ellos.

A.- Módulos con conexiones analógicas exteriores.

Módulo de abonados analógicos.- Permiten la conexión de hasta 60 abonados con terminales de voz analógicos, soporta los circuitos básicos de línea de abonado, establece la señalización de abonado, realiza la conversión analógico/digital (muestreo - cuantificación - codificación) en sentido entrante y la conversión digital/analógica (descodificación - cuantificación - filtrado) en sentido saliente. La cantidad de módulos necesarios será el suficiente para conectar a todos los abonados de la central.

Módulo de enlaces analógicos.- Tiene capacidad para 30 enlaces analógicos, contiene los circuitos básicos de enlace, realiza la conversión analógico/digital (muestreo - cuantificación - codificación) en sentido entrante y la conversión digital/analógica (descodificación - cuantificación - filtrado) en sentido saliente. La cantidad de módulos necesarios será el suficiente para conectar todos los enlaces analógicos de la central (se encuentra en desuso).

B.- Módulos con conexiones digitales exteriores.

Módulo de abonados digitales.- Permiten la conexión de hasta 64 abonados con terminales de voz digitales, soporta los circuitos básicos de línea de abonado, establece la señalización de abonado. La cantidad de módulos necesarios será el suficiente para conectar a todos los abonados de la central.

Módulo de enlaces digitales.- Tiene capacidad para 30 enlaces digitales, contiene los circuitos básicos de enlace. La cantidad de módulos necesarios será el suficiente para conectar todos los enlaces digitales de la central.

Módulo de interface de datos.- Aporta la posibilidad de conmutar datos. (actualmente no se encuentran instalados).

Módulo de interface de U.R.A..- Permite la conexión remota de una pequeña central de hasta 120 abonados denominada U.R.A. (Unidad Remota de Abonados), la conexión se realiza a través de una vía MIC. La cantidad de módulos necesarios será el suficiente para conectar a todas las unidades U.R.A. de la central.

Módulo de interface de operadora.- Suministra capacidad para la conexión de 15 posiciones digitales de operadora. Se dotará de tantos módulos como sean necesarios para todas las operadoras de la central.

C.- Módulos sin conexiones exteriores.

Módulo de circuitos de servicio.- Tienen capacidad para 32 circuitos usados como emisores o receptores, estos circuitos se usan para las comunicaciones internas y externas durante las operaciones explotación y mantenimiento. El número a instalar será el suficiente para completar los circuitos de servicios que necesite la central.

Módulo de canal común.- Se encarga de generar y controlar los procesos de señalización por canal común con otras centrales. Se montarán los módulos necesarios para completar la señalización de enlaces de la central.

Módulo de periféricos y mantenimiento.- Conecta y soporta las distintas unidades de entrada/salida, almacenamiento masivo y señalización de alarmas, por medio de estos periféricos, los operadores del sistema lo supervisan, haciendo posible su mantenimiento. Por realizar las labores expresadas y siendo estas de tanta importancia, el número de módulos será siempre de dos por seguridad.

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Módulo de reloj y tonos.- En este módulo se generan todas las señales de reloj que sincronizan el sistema digital de conmutación, entre ellas destacamos como señal patrón, la necesaria para sincronizar a los multipuertos que constituyen la red de conmutación digital y que es una señal de 8,192 Mhz. Los tonos de linea de abonado, como marcación, ocupado. etc.., también son generados en este módulo. Todas estas señales se distribuyen a los demás módulos por caminos distintos a los de la red de conmutación. Por seguridad el número de módulos de este tipo, será siempre de dos.

Módulo de elementos de control auxiliar.- Están constituidos por unidades de procesamiento puro, no teniendo circuitos específicos asociados, su función es soportar información auxiliar para otros módulos y ejecutar tomas de decisiones para la coordinación del sistema.

6.2.2.- El hardware de los módulos.

Todos los módulos tienen una estructura similar, y ésta la podemos considerar dividida en dos partes, denominándose elemento de control una y Circuitos específicos del módulo la otra, tal y como muestra la figura siguiente.

ESTRUCTURA GENERAL DE LOS MÓDULOS (1240) VIAS MIC A 4,096 Mb/s

CIRCUITOS ESPECÍFICOS DEL MÓDULO

INTERFACE TERMINAL (TI)

BUS 16 BIT

BUS 8 BIT

RED DIGITAL DE CONMUTACIÓN

MEMORIA

MICROPROCESADOR

µP ELEMENTO DE CONTROL El bloque denominado elemento de control, se mantiene a nivel hardware prácticamente invariable en todos los módulos, con excepción del módulo de periféricos y mantenimiento dada la complejidad de sus funciones, a nivel software es distinto según el tipo de módulo.

Esencialmente esta constituido por un µP intel, un bloque de memoria y el llamado interface terminal; estos elementos están interconectados entre si a través de un bus de 16 bit. El interface terminal es una etapa de conmutación espacio-temporal bidireccional controlada por el µP y puede realizar el paso de cualquier canal de los MIC externos a cualquier canal de los MIC internos y viceversa.

El bloque llamado circuitos específicos del módulo, está constituido exclusivamente por hardware, y varía según el tipo de módulo, así se tiene, que el módulo de abonados analógicos incorpora los circuitos de exploración de líneas y conversión A/D D/A. Existe un módulo en el cual este bloque desaparece, es el módulo de elementos de control auxiliar, y no es necesario puesto que como ya se ha dicho es un módulo de control puro.

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6.2.3.- La Red Digital de Conmutación.

La red digital de conmutación del sistema 1240 está constituida por un solo tipo de elementos llamados multipuertos; estos multipuertos actúan como etapas de conmutación Espacio-Temporales, y su constitución es

ESTR UCTURA DE M UL TIP UERTO ENT. MIC 0 SAL-

R X-0

R X-8

T X-0

T X-8

ENT. MIC 1 SALENT. MIC 2 SAL-

R X-1

R X-9

T X-1

T X-9

R X-2

RX-10

T X-2

T X-10

ENT. MIC 3 SALENT. MIC 4 SAL-

R X-3

R X-11

T X-3

T X-11

R X-4

R X-12

T X-4

T X-12

ENT. MIC 5 SALENT. MIC 6 SAL-

R X-5

R X-13

T X-5

T X-13

R X-6

R X-14

T X-6

T X-14

ENT. MIC 7 SAL-

R X-7

RX-15

T X-7

T X-15

ENT. MIC 8 SALENT. MIC 9 SALENT. MIC 10 SALENT. MIC 11 SALENT. MIC 12 SALENT. MIC 13 SALENT. MIC 14 SALENT. MIC 15 SAL-

la que se muestra en la figura siguiente.

La estructura multipuerto consta, de 16 puertos unidos entre si por un bus multiplexado, cada puerto se divide en tres partes llamadas, receptor, transmisor y grupo de registros. El multipuerto es capaz de realizar cualquier conmutación espacio-temporal entre los canales de 16 vías MIC simultáneamente.

La decisión de las conmutaciones a realizar las toman los elementos de control de los módulos que necesitan realizar el paso de datos a través de la red digital de conmutación. Para ordenar las conmutaciones los microprocesadores envían un código de 16 bits a su puerto correspondiente, y en el tiempo de canal necesario para programar la orden de conmutación de dicho puerto, comenzando el paso de datos en la siguiente trama, y una vez finalizado el mismo se enviará una orden de liberación de puerto-canal.

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Para poder realizar estas operaciones, cada multipuerto contiene una serie de registros en los que los microprocesadores pueden escribir, y que se muestran seguidamente.

ESTRUCTURA DE UN PUERTO MEMORIA DE PUERTO (32*4) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

MEMORIA DE CANAL (32*5) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

MEMORIA DE DATOS (32*16) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

MEMORIA DE ESTADO (32*X) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

MEMORIA DE ESTADO (32*X) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

Para ver como se establece una conmutación espacio-temporal pongamos un ejemplo: Un módulo de abonados quiere pasar un canal de voz de llegada hasta un módulo de enlaces, el módulo de abonados se encuentra conectado a los puertos 0 y 1 del multipuerto y el módulo de enlace a los puertos 7 y 8 del multipuerto. La primera conmutación se efectúa en el interior del módulo de abonados, mas exactamente en su interface terminal, conduciendo el canal entrante hasta un canal libre de las 2 vías MIC internas salientes de dicho módulo (ejemplo: canal 7 MIC 1 conectado al puerto 0), para ello ordenará dicha conmutación por su bus interno de 16 bits. Al mismo tiempo comprueba los canales internos entrantes en el módulo de enlaces, para encontrar uno libre, cuando encuentra dicho canal (ejemplo: canal 20 MIC 2 conectado al puerto 7) envía por el canal del MIC interno saliente elegido en la primera conmutación, una orden de escritura en el puerto, en dicha orden escribe en el registro de puerto el número del puerto saliente (ejemplo: 7), en el registro de canal, el canal saliente (ejemplo: 20), en el registro de estado del receptor, la ocupación del canal (ejemplo: canal 7 ocupado), en el registro de estado del transmisor del puerto saliente, la ocupación del canal de salida (ejemplo: canal 20 ocupado), con lo que queda completada la programación del multipuerto para esta conmutación,

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dando paso en la siguiente trama a los datos del canal de voz, que serán almacenados durante el tiempo de espera del canal de entrada hasta el canal de salida en la memoria de datos del puerto transmisor (ejemplo: datos canal 2 receptor puerto 0 son escritos en posición 20 de la memoria de datos de transmisor puerto 7).

Para que el método expuesto se pueda llevar a cabo es necesario que los módulos conozcan en todo momento la situación y estado de la red de conmutación digital, para ello los módulos son auxiliados por otros módulos denominados elementos de control auxiliar, que solo contienen software. Con el proceso explicado, no solo es posible transportar datos externos por la red de conmutación, también es posible y necesario transportar mensajes y comunicaciones entre los diversos microprocesadores repartidos en los módulos, para que esto sea posible, de los 16 bits que transporta un canal, los dos mas altos indican que tipo de información se transporta en cada momento, siendo estos los siguientes.

Valor 00 01 10 11

Significado Borrado / No operación Programación Puerto Mensaje interno entre [P del sistema Información de Voz o Datos externos

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7.- SISTEMAS DE TRANSMISIÓN. 7.1.- Generalidades.

Denominaremos transmisión al proceso por el que se transporta una información desde el punto donde se origina hasta otro u otros distantes en el espacio. Este concepto se engloba y cobra pleno sentido dentro de lo que llamamos comunicación.

El siguiente gráfico recoge las distintos bloques que intervienen en una comunicación.

ESQUEMA CONCEPTUAL DE UNA COMUNICACIÓN SIMPLE RUIDO

ORIGEN INFORMAC.

EMISOR

MEDIO DE TRANSMISIÓN

RECEPTOR

DESTINO INFORMAC.

CANAL DE COMUNICACIÓN DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN

Antes de analizar los bloques presentados, debemos recordar que una comunicación es un trasvase de información y que la información desde un punto de vista general es cualquier hecho que aporta un conocimiento.

Para aportar conocimiento, en primer lugar debe ser percibido el hecho, por lo tanto supondrá un cambio de alguna magnitud física, (Temperatura, sonoridad, luminosidad, posición, etc....), y en segundo lugar debe ser interpretada la percepción. Si alguna de las premisas anteriores no se cumple, no existirá comunicación.

De todo lo anterior podemos deducir que la misión del sistema de transmisión se reduce al transporte fiel del hecho entre los extremos de la comunicación.

Los puntos donde se originan e interpretan las informaciones se denominan usualmente como ETD (Equipo Terminal de Datos).

Como podemos observar en el gráfico anterior, un sistema de transmisión está compuesto al menos por tres bloques, un primer bloque llamado emisor, a través del cual las variaciones de la magnitud física que constituye el hecho de la información, es puesta en un medio favorable para su propagación, siendo éste el segundo bloque, llamado medio de transmisión, el tercer bloque denominado receptor recoge las variaciones presentes en el medio, reproduciendo el hecho original.

El sistema de transmisión puede utilizar medios muy distintos en función de la naturaleza de la información y de la distancia de transporte; debemos recordar que lo que se transporta son las variaciones de magnitudes producidas por el hecho, no el propio hecho. De esto último deducimos que podemos alterar para su transporte adecuado dichas variaciones, siempre que en el extremo de destino se pueda reconstruir lo originalmente sucedido; así en el sistema telefónico primitivo una variación original de presión, es transformada para su transporte en una variación eléctrica y en el destino esta variación eléctrica es transformada en presiones de nuevo. El siguiente gráfico nos muestra algunas formas utilizadas en los sistemas de transmisión.

SIS TEMA DE TRANSMISIÓN Sonoro Luminoso Magnitud original producida por un hecho

Magnitud reproducida del hecho distante

Eléctrico Magnético Mecánico

EMISOR MEDIOS DE TRANSMISIÓN

RECEP TOR

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Como se observa en el gráfico anterior el emisor ejerce como un transductor que adecua la magnitud de la información original a otra adecuada para el medio de transmisión y el receptor vuelve a actuar como transductor pero en sentido inverso restaurando la magnitud original a partir de la transportada en el medio.

7.2.- La forma de la información en las transmisiones.

En los sistemas de transmisión, la información es como ya se ha dicho, los cambios de valor que adquiere en el tiempo una magnitud física, si estos cambios los representamos, obtendremos formas de onda, por lo tanto podemos simplificar diciendo que la transmisión es el transporte de una onda de un lugar a otro. En el caso de la telefonía dicha onda es la producida por la voz transformada en variaciones eléctricas.

Para transportar una onda es necesario comprender cómo se propagan y que dependiendo de su naturaleza los medios pueden ser hostiles (impiden la propagación) o favorables (permiten la propagación). En lo que respecta a las ondas de naturaleza eléctrica debemos tener presente que toda señal eléctrica lleva asociada un campo magnético, y dicho campo fluctúa en consonancia con las variaciones de dicha señal; para transportar una señal eléctrica es necesario un medio conductor de la electricidad, pero en cambio una señal magnética se propaga en el vacío, otro tipo de onda que puede propagarse en el vacío es la luz.

Centrándonos en el caso particular de las ondas de naturaleza eléctrica vamos a describir un fenómeno peculiar que tiene lugar cuando mezclamos dos señales eléctricas variables en el tiempo, cuando esto sucede el resultado es una onda compleja que contiene a las señales originales, su suma y su diferencia, así se tiene que la mezcla de dos señales una de 1 Khz y otra de 10 Khz da lugar a una señal compleja compuesta por señales de frecuencias 1 Khz, 9Khz, de 10 Khz, y 11 Khz, este fenómeno es conocido como modulación y como se observa la nueva onda compleja contiene a las originales. La modulación es aprovechada en la transmisión de señales, por una serie de razones que luego se comentarán, pero esencialmente consiste en alterar algún parámetro de una onda llamada portadora con las variaciones de otra llamada moduladora que constituye la información a transportar, la onda portadora es de mayor frecuencia que la moduladora.

Resumiendo, en un sistema de transporte de señales eléctricas, podemos encontrar dos tipos diferentes de ondas, la onda de información pura, denominada banda base, y ondas complejas llamadas señales moduladas.

En el siguiente gráfico se muestran las principales formas que pueden adquirir las informaciones analógicas y digitales cuando son transportadas.

En el primer caso se muestra una onda transmitida en banda base, es decir la información viaja sola en su forma original.

En segundo lugar se muestra el aspecto de una onda modulada en amplitud y como se aprecia es una onda compleja donde la amplitud que alcanza la onda portadora obedece a la información original de la moduladora en cada momento.

La tercera forma responde a una señal modulada en frecuencia, de tal manera que la amplitud de la portadora no varía, pero su frecuencia si, incrementándose decrementándose en función de la información original de la moduladora en cada momento.

En último lugar encontramos una onda modulada en fase, es decir, la amplitud y la frecuencia de la portadora no varían pero efectúa saltos bruscos en su evolución que se corresponden a retrasos o adelantos en su fase, este tipo de modulación sólo se utiliza para el transporte de señales digitales.

En estos tres tipos básicos de modulación mostrados, apreciamos cómo es posible alterar alguno de los tres parámetros fundamentales de una onda; la alteración simultánea de más de un parámetro a la vez, da origen a otros tipos de modulaciones de los que resaltaremos la modulación QAM, que modifica a la portadora en fase y amplitud, siendo muy utilizado para transmisiones digitales en modems de alta velocidad.

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TIPOS DE SEÑALES USADAS EN TRANSMISIÓN INFORMACIÓN ANALÓGICA

INFORMACIÓN DIGITAL

BANDA BASE

AM AMPLITUD MODULADA

FM FRECUENCIA MODULADA

PSK MODULACIÓN DE FASE

La modulación QAM permite incrementar la velocidad de transmisión en flujos de datos digitales mediante la transmisión de señales que representan no a un bit sino a un conjunto de N bits, para poder comprender mejor lo expuesto, en la siguiente página se muestra un gráfico explicativo que contiene una muestra del diagrama de modulación QAM que se utiliza para representar la información digital transmitida.

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PSK 0

1

0

1

0

0

1

1

0

2

fase 180

amplitud

1

amplitud

fase 0

Información en cada estado 1 bit 0 1

señal 1 2

QAM 2 BIT 00

11

01

10

amplitud 1

4

3

2

1

fase 180

fase 0

Información en cada estado 2 bit

señal

00 01

1 2

10 11

3 4

amplitud 2

QAM 4 BIT Información en cada estado 4 bit 0000 0001 00 10 00 11 0100 0101 0110 0111 1000 1001 10 10 10 11 1100 1101 1110 1111

3

señal 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

fase 90

4

2

fase 45

fase 135

11 10 12 1

9

5

fase 0

fase 180

13 16 14 15 fase 225

fase 315

8

6 fase 270

7

NOTA: Los tipos de modulaciones expuestas son las mas usualmente utilizadas en los sistemas de transmisión, otro tipo de modulación denominada PWM (Modulación por ancho de pulso) es poco utilizada en telecomunicaciones. En muchos textos encontramos también, la referencia de MIC (modulación por impulsos codificados) pero solo tiene sentido como modulación si se aplica al flujo de bits originado por el muestreo de una señal analógica, ya que considerado este flujo de bits en forma absoluta, sólo es una señal digital en banda base.

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7.2.1.- Representación de ondas moduladas en amplitud en el espectro de frecuencias.

Como se dijo con anterioridad una onda modulada es una onda compleja que se puede dividir en componentes resultado de las ondas originales, es por tanto que cuando se modula en AM con una onda de ancho de banda X= Fm max - Fm min, a una portadora de frecuencia Fi, la señal modulada resultante ocupa un ancho de banda de (2 x Fm max), esto es el resultado de (Fi - Fm max) + (Fi + Fm max), tal y como se muestra en las figuras siguientes.

X =f m max - f m min

F fm min

fm max

fp

F

X=2 f m max

fp fp-fm max

Banda lateral inferior

fp-fm min

F fp+fm min

fp+fm max

Banda lateral superior Frecuencia Central Portadora

La información de la onda moduladora está contenida de forma redundante en las bandas laterales, este hecho posibilita el eliminar una de estas bandas e incluso la portadora central para mejorar el rendimiento de los sistemas de transmisión y no emplear energía en la transmisión de informaciones redundantes.

7.3.- Clasificación de los sistemas de comunicación por el sentido de la transmisión.

Los sistemas de comunicación se pueden clasificar según el sentido en el que fluye la información, así tenemos que en la radio y televisión comercial, la información sólo viaja desde los estudios al usuario, no dándose transporte de información desde éstos hacia los estudios, en este tipo de comunicación la transmisión es denominada unidireccional. En sistemas como la telefonía vocal, las radiocomunicaciones, redes de datos, televisión interactiva, etc... , las informaciones fluyen en los dos sentidos, convirtiendo a ambos extremos en origen y destino de la comunicación, denominándose entonces transmisión bidireccional.

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En el siguiente gráfico se hace una división mas exahustiva de esta clasificación, donde los sistemas unidireccionales son denominados simplex, pero como se puede observar, en la bidireccionalidad, pueden darse dos casos: a) Que la información cambie de sentido alternativamente, no dándose nunca en el sistema que ambos extremos puedan ser orígenes o destinos de información simultáneamente, a este sistema bidireccional se le denomina semiduplex (Half Duplex en versión inglesa). b) Que la información fluya en ambos sentidos al mismo tiempo, siendo ambos extremos orígenes y destinos de información simultáneamente, este sistema bidireccional es denominado dúplex (Full Duplex en versión inglesa).

TERMINAL

TRANSMISIÓN SIMPLEX

TERMINAL

SISTEMA DE TRANSMISIÓN ORIGEN INFORMAC.

TERMINAL

DESTINO INFORMAC.

TRANSMISIÓN SEMIDUPLEX

TERMINAL

SISTEMA DE TRANSMISIÓN ORIG/DEST INFORMAC.

Ó

ORIG/DEST INFORMAC.

TERMINAL

TRANSMISIÓN DUPLEX

TERMINAL

SISTEMA DE TRANSMISIÓN ORIG/DEST INFORMAC.

Y

ORIG/DEST INFORMAC.

7.4.- Conceptos de circuitos y canales en transmisiones.

Para que una información sea transmitida desde el origen al destino necesita un emisor, un medio y un receptor, a este conjunto lo denominamos circuito, es por tanto evidente que una comunicación simplex, es una comunicación a un circuito (dos hilos), en el caso de las comunicaciones semiduplex y dúplex será necesario disponer de dos circuitos como los expuestos, pero invertidos, siendo por tanto estas comunicaciones a dos circuitos (4 hilos). En los sistemas semiduplex los circuitos no cuentan con un medio cada uno de ellos, si no que sólo se dispone de un medio y éste es utilizado alternativamente en cada uno de los circuitos mediante algún sistema de conmutación.

El concepto de canal aparece cuando siendo el medio físico único y común para ambos sentidos, es necesario soportar sobre él los dos circuitos al mismo tiempo, entonces debemos recurrir a separar las señales por otros medios, el más utilizado es diferenciarlos por otra característica que no sea ni el tiempo ni el medio. En el campo de las señales eléctricas esto se consigue modulando la información sobre señales eléctricas diferenciadas, por lo cual, aún viajando sobre el mismo medio al mismo tiempo, pueden ser identificadas cada una en los extremos.

La forma más usual de formar canales sobre un medio, es mediante el empleo de señales portadoras de frecuencias distintas, esencialmente consiste en dividir el espectro de frecuencias disponibles en trozos que serán ocupados cada uno de ellos por una onda modulada en dichas frecuencias y que transportarán informaciones distintas.

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También se denomina como canal, cuando por un medio se transmiten datos en un solo sentido de varios orígenes secuencialmente, ocupando por tanto, un lapsus de tiempo distinto cada comunicación; al conjunto de todos los intervalos que soportan cada comunicación se le denomina canal. En este caso nunca coinciden dos informaciones sobre el mismo medio. La creación de este tipo de canales suele requerir la unidireccionalidad del medio.

7.5.- Técnicas para la creación de canales sobre los medios de transmisión.

En las grandes redes de transmisión las distancias suponen un gran problema económico. El transportar señales eléctricas supone el tendido de conductores. Aprovechar al máximo la capacidad de estos medios rentabiliza los costos de su construcción, en el caso de comunicaciones radioeléctricas los equipos y la falta de privacidad de los medios obliga a emplear costosas tecnologías de transmisión, se hace entonces necesario como en el caso anterior buscar el máximo aprovechamiento de las mismas.

El modo de hacer rentables las redes de comunicación, es utilizar técnicas que permitan la transmisión de cientos, miles o millones de comunicaciones sobre el mismo medio y por los mismos equipos, con la sensación de simultaneidad para los extremos de las mismas.

7.5.1.- La multiplexación por división en frecuencia MDF. Los sistemas de transmisión utilizados para realizar enlaces analógicos en la red telefónica, están basados en la modulación en amplitud sobre Banda Lateral Única con supresión de portadora (BLU), es decir, antes de enviar por el medio de transmisión la información vocal, ésta se modula sobre una portadora que sí es enviada al medio de transmisión, igualmente otros muchos canales vocales sufren el mismo tratamiento pero sobre distintas portadoras, viajando por tanto sobre el mismo medio un número elevado de portadoras distintas, decimos entonces que en el espectro disponible del medio se han creado N canales.

Ejemplo: En un medio de ancho de banda 100 Khz se podrán transmitir 20 canales de 4 Khz de ancho de banda + 1 Khz de banda de guarda.

Ancho banda información = 4 Khz. Ancho banda de guarda = 1 Khz Ancho total del canal = 5 Khz Ancho de banda del medio = 100 Khz Nº de canales de 5 Khz disponibles = 100 Khz / 5 Khz = 20 canales Con la configuración expresada, el espectro de frecuencias en el medio aparecerá como sigue utilizando modulación BLU . canal 1

canal 2

canal 3

canal 20

. . . .

F

0 fp1+4 Khz+1 Khz

fp2+4 Khz+1 Khz

fp3+4 Khz+1 Khz

. . . .

100 Khz

fp20+4 Khz+1 Khz

Este método permite multiplexar varias transmisiones sobre el mismo medio por reparto del espectro de frecuencias disponible y se le denomina MDF (Multiplexación por división en frecuencia).

En el caso particular de la telefonía vocal el ancho de la banda base es de 3 Khz (300 - 3300 hz) y se amplía con la guarda hasta una banda lateral de 4 Khz, por tanto un medio como el anterior podría cursar 25 comunicaciones simultáneamente en una dirección.

Aún con todo lo expuesto, este sistema se muestra insuficiente para el enorme volumen de comunicaciones en telefonía, si aplicáramos el sistema tal y como se ha expuesto, se haría necesario disponer equipos de transmisión para cada una de las frecuencias portadoras con el consiguiente encarecimiento. Para evitar esto último se aplica la llamada modulación en grupo, que consiste en formar un grupo con 12 canales de 4 Khz y 12 portadoras que modulan a una nueva portadora, creando una señal primaria de 48 Khz de ancho de banda que contiene 12 canales, el grupo creado recibe el nombre de grupo básico o primario.

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Dando un paso mas repetimos el proceso anterior, pero reuniendo 5 grupos primarios con 5 portadoras distintas, modulando éstas a una portadora de frecuencia superior y obteniéndose una señal secundaria con un ancho de banda aproximado de 240 Khz con 60 canales, llamado grupo secundario. Repitiendo el proceso con 5 grupos secundarios obtenemos un grupo terciario de 300 canales con un ancho de banda aprox. de 1,3 Mhz y volviendo agrupar 3 de estos grupos terciarios se forma un grupo cuaternario de 900 canales y 4 Mhz de ancho de banda.

Los sistemas de transmisión comerciales de alta capacidad toman como base estos grupos y forman algunos de los siguientes grupos no estandarizados: Canales

Ancho de banda

Tipo cable coaxial

Separación repetidores

900

4 Mhz

DN / PD

9 / 4 Kms

2.700

12 Mhz

DN / PD

4,5 / 1,25 Kms

3600

18 Mhz

DN / PD

4,5 / 1,25 Kms

10.800

60 Mhz

DN

1,5 Kms

DN: Diámetro normal: 2,6 mm diam. conductor interior / 9,5 mm diam. int. conductor exterior.

PD: Pequeño diámetro: 1,2 mm diam. conductor interior / 4,4 mm diam. int. conductor exterior.

Estos sistemas de alta capacidad usan cables coaxiales y en general se les utiliza de forma unidireccional necesitándose por ello un cable en cada dirección para completar un enlace, un caso especial lo constituyen los cables submarinos transoceánicos, donde merece la pena emplear equipos muy caros con el fin de utilizar el mismo cable en las dos direcciones. canal 1

canal 2

4 Khz

4 Khz

Grupo P. 1

Grupo P. 2

48 Khz

48 Khz

Grupo S. 1

Grupo S. 2

240 Khz

240 Khz

Grupo T. 1

1,2 Mhz

. . . .

Grupo P. 3 48 Khz

Grupo S. 3 240 Khz

Grupo T. 2

1,2 Mhz

canal 11

canal 12

4 Khz

4 Khz

Grupo P. 4 48 Khz

Grupo S. 4 240 Khz

Grupo T. 3

1,2 Mhz

Grupo P. 5 48 Khz

Grupo S. 5 240 Khz

GRUPO PRIMARIO 12 CANALES 48 KHZ GRUPO SECUNDARIO 60 CANALES 240 KHZ GRUPO TERCIARIO 300 CANALES 1,2 MHZ GRUPO CUATERNARIO 900 CANALES 4 MHZ

7.5.2.- La multiplexación por división en el tiempo (Multitrama).

La tendencia actual de digitalizar todas la telecomunicaciones, también ha llegado a la telefonía como se vio en el tema 5, en este mismo tema explicamos como se agrupan 32 comunicaciones digitales en el mismo medio y compartiendo los equipos de conversión analógico/digitales. También se explico la llamada MDT que creaba los 32 canales sobre el medio y que constituían la llamada trama básica europea a 2 Mb/s.

En este tema vamos a profundizar en las transmisiones de este tipo de señal y sus agrupaciones posteriores para el mejor aprovechamiento de los medios de transmisión.

En un sistema de transmisión digital, es esencial que el emisor indique de alguna manera al receptor, cuando esta transmitiendo el primer bit del primer canal, a fin, de que éste pueda formar los grupos de 8 bits correctos. En el sistema europeo esto se hace utilizando el canal 0 para poner una palabra especial llamada byte de alineamiento de trama, por ésta razón este canal no será utilizado para la transmisión de comunicaciones de voz o datos, sólo para la sincronización del sistema de transmisión.

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En el caso de la telefonía, cada canal de una trama básica soporta una comunicación, pero como ya se vio las centrales necesitan comunicarse informaciones de señalización sobre el estado de cada una de las comunicaciones en curso, para éste fin se utilizan dos técnicas normalizadas llamadas CAS y SCCN7, y que pasamos a explicar.

CAS (Señalización por Canal Asociado), que consiste en dividir el canal 16 en dos palabras de cuatro bits, cada una de estas palabras constituye la señalización de un canal de voz o datos, perdiéndose así un canal mas para éstos. A causa de la perdida de estos dos canales (C1 y C16) para transporte de comunicaciones telefónicas, se denomina a la trama europea como Trama de 30 + 2 canales.

Si observamos el sistema expuesto, vemos como en los 125 µseg. de una trama, sólo se transmitirán en el canal 16 dos palabras de cuatro bits, que corresponderán a 2 de los 30 canales de datos, entonces ¿ Qué ocurre con la señalización de los 28 restantes?.

Pues para transmitir los restantes se emplearán las 14 tramas de 125 µseg siguientes, y por tanto hace falta transmitir 15 tramas consecutivas para poder enviar la señalización de los 30 canales, ademas para saber a que canales pertenecen, se transmiten ordenadamente empezando por canales 1 y 17, seguido por 2 y 18 y sucesivamente hasta 15 y 31. Con este procedimiento surge un problema, ¿Como identificar que trama de las 15 es la primera y portara la señalización de los canales 1 y 17?.

Para resolver este problema se recurre a un concepto nuevo, la Multitrama, y lo definimos como el flujo de tramas en el se realiza una transmisión completa de datos mas señalización. La multitrama sería pues el conjunto de 15 tramas consecutivas de 125 µseg , al termino de las cuales se habrían enviado 15 bytes por cada canal de datos y 1 palabra de señalización para cada uno éstos canales, como podemos deducir, la velocidad de señalización de canal sería 30 veces menor que la de datos por canal, ya que se mandaría una palabra de señalización a cada canal cada 15 tramas. Con lo dicho sigue sin resolverse el problema inicial de identificación, para ello se añade a la multitrama una trama mas llamada trama 0 y que en el canal 16, no transporta señalización de canales como las otras 15, en su lugar se coloca un byte especial llamado de alineación de multitrama cuyo funcionamiento es similar al código de alineamiento de trama del canal 0. Ahora si es posible identificar cada una de las tramas, pues tras la trama con la alineación de multitrama, llegará la trama 1 con la señalización para los canales 1 y 17 y sucesivamente las siguientes hasta los canales 15 y 31, tras la cual volverá a enviarse una nueva trama 0 con alineación de multitrama. En el siguiente gráfico se muestra todo expuesto: MULTITRAMA

2 mseg T 15

T 14

T 13

T 12

C 31

T 11

T 10

C 16

T 9

T 8

T 7

C 0

T 6

T 5

T 4

C 31

T 3

T 2

C 16

T 1

T 0

C 0

B 7

B 6

B 5

B 4

B 3

B 2

B 1

B 0

B 7

B 6

B 5

B 4

B 3

B 2

B 1

B 0

1

0

C27 B

C27 A

1

0

C11 B

C 11 A

1

1

Al

1 0

0

0

0

B 6

B 5

B 4

B 3

B 2

B 1

B 0

1

0

1

1

0

0

X

BYTE SEÑA LIZACIÓN CAS DE CANA LES 11 Y 27

BYTE A LINEACIÓN DE MULTITRAMA

B 7

B 6

B 5

B 4

B 3

B 2

B 1

B 0

B 7

X

X

X

X X

Al

1

X

1

BYTE DE COMPROBACIÓN DE ALINEACIÓN TRAMA. (TRAMAS IMPARES)

BYTE ALINEACIÓN DE TRAMA. (TRAMAS PARES)

SIGNIFICADO DE LOS BI TS.0 - FIJADO A CERO 1 - FIJADO A UNO X - USO IN TERNA CIONAL Al - ALARMA CN (a/b) - 2 BI TS DE SEÑALIZA CIÓN DEL CANAL N

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SCCN7 (Señalización por Canal Común nº 7 del CCITT) consiste en utilizar el canal 16 como el nivel físico de un enlace de señalización dentro de una red de señalizaciones por canal común y que puede considerarse en forma independiente a la red telefónica (Voz/Datos).

En definitiva este método se reduce a utilizar el canal 16 para transmitir mensajes de n x 8 bits entre centrales, estos mensajes normalizados controlan el flujo de datos en los demás canales, y aún sobra mucho espacio, se puede considerar que por un canal de señalización SCCN7 de 64Kb se pueden controlar hasta 1500 canales Voz/Datos.

Como se puede deducir no se hace necesario la numeración de las tramas, no existiendo alineación de multitrama. Cada mensaje está constituido por n palabras de 8 bits y necesitará n tramas consecutivas para la transmisión completa del mismo, el principio y fin de los mensajes de señalización se controla mediante banderas y bytes de control/correción de errores en el propio mensaje.

7.5.3.- La Jerarquía Digital Plesiócrona (JDP).

Con la trama de 2 Mb/s solo es posible transmitir 30 canales de comunicación, por tanto se hace necesario al igual que se hizo con la comunicaciones analógicas, agrupar mas canales para rentabilizar los medios y equipos de transmisión y enlaces.

La Jerarquía Digital Plesiócrona o JDP es una norma para la estandarización de agrupamientos de flujos digitales, tomando como base las tramas básicas de 2 Mb/s.

En los siguientes gráficos se recogen las estructuras de las tramas de orden superior en la JDP. NOTA: la trama de quinto orden 565 Mb/s no está normalizada por el CCITT TRAMA DE SEGUND O ORDEN 8 Mb/s TRAMA ˜ 100µseg 212 BITS

212

212

212

200 BITS

208

208

204

(AFLUENTES)

(AFLUENTES)

(AFLUENTES)

(AFLUENTES)

BITSDECONTROL DEJUSTIFICACIÓN

1111010000XX ALINEACIÓN

BITSDEJUSTIFICACIÓN SI EXISTEN

TRAMA DE TERCER ORDEN 34 Mb/s TRAMA ˜ 44,7µseg 384 BITS

384

384

384

372 BITS

380

380

380

(AFLUENTES)

(AFLUENTES)

(AFLUENTES)

(AFLUENTES)

BITSDECONTROL DEJUSTIFICACIÓN

1111010000XX ALINEACIÓN

BITSDEJUSTIFICACIÓN SI EXISTEN

TRAMA DE CUARTO ORDEN 140 Mb/s TRAMA ˜ 21µseg 488 BITS

488

GR, III, IV y V

488

472 BITS

484

484

(AFLUENTES)

(AFLUENTES)

(AFLUENTES)

BITSDECONTROL DEJUSTIFICACIÓN

111110100000XXXX ALINEACIÓN

BITSDEJUSTIFICACIÓN SI EXISTEN

TRAMA DE QUIN TO ORDEN 565 Mb/s TRAMA ˜ 4,8µseg 384 BITS

384

GR, III, IV, V Y VI

372 BITS

380

380

(AFLUENTES)

(AFLUENTES)

(AFLUENTES)

111110100000 ALINEACIÓN

BITSDECONTROL DEJUSTIFICACIÓN

BITSDE SERVICIO

384

BITSDEJUSTIFICACIÓN SI EXISTEN

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La primera de las agrupaciones que se establece en la JDP europea, es la formada por cuatro tramas básicas de 2 Mb/s que entran como afluentes en un multiplexor digital, obteniéndose en la salida de éste, una trama de segundo orden de algo mas de 8 Mb/s. La razón de que la salida multiplexada sea de algo mas de 4 veces la velocidad de los afluentes, es por que en este proceso hay que introducir bytes para el control de esta nueva trama, este pequeño incremento de información genera unos graves problemas en la sincronización, esto es debido a que el reloj de la nueva trama no es un múltiplo exacto del reloj de los afluentes, por otra parte como los bits que se incorporan para el control de la trama son muy pocos comparados con el incremento efectuado, aparecen bits sin utilidad que solo ocupan lugares de relleno, siendo necesario transmitir mas información para poder detectar estos bits de relleno. El hecho expuesto hace que la sincronización entre la entrada y la salida de la multiplexación no puede ser perfecta, denominándose entonces como Plesiócrona, cuyo significado es "casi síncrona".

Los siguientes agrupamientos se consiguen de las misma forma, agrupando 4 tramas de orden inferior en una de orden superior, necesitando ésta añadir nuevo control de trama e identificación de los bits de relleno que se irán incrementando.

7.5.4.- Problemática de la Jerarquía Digital Plesiócrona.

El enorme desarrollo de las redes de telecomunicaciones durante la década de los 80, el crecimiento masivo de los medios informáticos, y las expectativas de nuevas necesidades ( redes corporativas de alta velocidad, videoconferencias, vídeo digital, telefonía móvil, entornos gráficos de teletrabajo, etc...) hacen que la JDP resulte una estructura encorsetada (canales de 64 Kb/s), de muy difícil acceso para servicios asíncronos que no pueden ser gestionados con rentabilidad, estructuras Hardware de multiplexación y demultiplexación engorrosas y muy numerosas, que generan continuos retardos y compensaciones de tiempo, convivencia de dos normativas distintas (Europea y Americana), etc.., lleva a plantearse la creación de una nueva estructura de transporte que resuelva los problemas planteados y permita el crecimiento de nuevas formas y técnicas de comunicación en el futuro.

7.5.5.- La Jerarquía Digital Síncrona (JDS).

Los trabajos del CCITT sobre unas nuevas normas se inician en Junio de 1986., el objetivo consistía en definir una norma mundial para sistemas de transmisión síncronos que aporte una red flexible y económica para las compañías de telecomunicaciones, las bases del estudio parten de la normativa privada de la red SONET (Ámbito de EE.UU.). A finales de 1988 se aprueban las primeras normas G.707, G.708, G.709 que definen aspectos como velocidades de transmisión, formato de las señales, estructuras de multiplexación, encuadre de señales tributarias JDP, el Interface de Nodos de Red (INU), etc, naciendo así la llamada Jerarquía Digital Síncrona (JDS) en inglés Synchronous Digital Hierarchy (SDH).

Además de la normalización de los aspectos citados, el CCITT se propuso el desarrollo de unas normas que regulasen el funcionamiento de los equipos multiplexores síncronos y la gestión de la red (JDS).

La regulación de estos aspectos de los equipos para Jerarquía Digital Síncrona es lo que aporta la flexibilidad suficiente para gestionar de forma económica el crecimiento del ancho de banda y la prestación de nuevos servicios para los próximos años.

Principales características de la nueva estructura de transporte 1.- El tratamiento en el formato de las señales se realiza a nivel de byte.

2.- Se parte de una trama con uniformidad en cuanto a su duración (125 [seg).

3.- Para adaptar la velocidad (justificación) e identificar las tramas (JDP) se utilizan los punteros.

4.- Definición de interfaces (ópticos) para velocidades superiores a los 140 Mbitls.

5.- Posibilidades simplificadas para insertar/extraer información.

6.- Capacidades ampliadas para la gestión, operación y mantenimiento de la red.

7.- Canales de servicio y supervisión de gran capacidad.

8.- Gestión flexible del ancho de banda disponible y facilidades de redireccionamiento.

9.- Posibilidad de formar una red mundial transparente de transmisión.

10.- Capacidad para transportar señales de las actuales jerarquías y de otras futuras aún por definir.

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La Jerarquía Digital Síncrona define como trama básica y primer escalón jerárquico la velocidad de 155 Mbit/s denominada "Módulo de Transporte Síncrono" (MTS-1) en ingles Synchronous Transport Module (STM1). Este nivel sirve de unión con la Jerarquía Digital Plesiócrona, ya que permite el transporte de forma síncrona de las velocidades JDP tal y como se muestra en la figura siguiente.

A partir de la velocidad de 155 Mbit/s se obtienen velocidades superiores de JDS, niveles MTS-4 y MTS-16 mediante multiplexación de octetos, es decir, multiplicando por números enteros la velocidad básica.

Los valores de velocidad normalizados actualmente son: (622 Mbit/s) y (2.5 Gbit/s).

Jerarquía Digital Síncrona MTS-16 2.4 Gbit/s x4 MTS-4 622 Mbit/s x4 MTS-1 155 Mbit/s x1

x3

140 Mbits/s x3

x4 34 Mbits/s x4 8 Mbits/s

x63

x4 2 Mbits/s

Jerarquía Digital Plesiócrona europea

45 Mbits/s x7

x21

6.3 Mbits/s x4

x84

1.5 Mbits/s Jerarquía Digital Plesiócrona americana

El Módulo de Transporte Síncrono (MTS) es una estructura de información utilizada para soportar conexiones de capa de sección (trayecto entre dos terminales) en la JDS. Consta de campos de contenido útil de información y de campos de gestión del contenido útil y control de la transmisión llamado Tara de Sección (TS), estos campos están organizados en una estructura de trama de bloque que se repite cada 125 microsegundos.

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Desde el punto de vista del transporte y haciendo un símil comprensible, podemos decir que es como el tipo mas pequeño de camión cargado que puede circular por las vías JDS, y en el cual podemos distinguir dos partes: a).- El conjunto responsable del transporte (el conductor y el camión). b).- La carga transportada.

Características.El tamaño del camión es siempre el mismo-------> (155 Mb/s).

El conductor conoce el destino del camión y el contenido de la carga, ademas debe atender las incidencias durante el transporte------------------> (Taras de transporte) El tamaño total de la carga es siempre el mismo, aunque puede componerse de una carga única de ese tamaño o varias cargas de tamaños distintos que sumadas dan el total.

Símil de un Módulo de Transporte Síncrono (MTS-N)

Carga util

Carga util

Carga util

Carga util

C a r g a

+

u Ct i la r g a

+

u tC i la r g a

u t il

C a r g a

+

+

u Ct i la r g a

+

u tCi l a r g a

u t il

+

T a r a d e t rTa ay r ea c dt oe t r Ta ya re ac td o e t r a y e c t oT a r a d e t rTa ay r ea c dt oe t r Ta ya re ac td o e t r a y e c t o ( d e s t i n o c( ad reg s at )i n o c(ad r eg sat )i n o c a r g a ) ( d e s t i n o c( ad reg s at )i n o c( ad r eg sat )i n o c a r g a )

C a r g a

+

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+

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u t il

C a r g a

+

+

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+

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+

T a r a d e t rTa ay r ea c dt oe t r aT ya er ac tdo e t r a y e c t oT a r a d e t rTa ay r ea c dt oe t r aT ya er ac tdo e t r a y e c t o ( d e s t i n o c( ad reg s at )i n o c(ad r eg sat )i n o c a r g a ) ( d e s t i n o c( ad reg s at )i n o c (a dr ge sa t) i n o c a r g a ) C a r g a

+

+

+

+

+ Tara de trayecto

Tara de trayecto

(destino carga)

(destino carga)

(destino carga)

(destino carga)

u tC i la r g a

u t il

C a r g a

+

+

u Ct i la r g a

+

u tC i la r g a

+

+

u Ct i la r g a

+

u Ct i la r g a

+

u tC i la r g a

u t il

C a r g a

+

+

u tC i la r g a

u t il

+

C a r g a

+

u Ct i la r g a

+

u Ct i la r g a

+

+

u Ct i la r g a

+

u tC i la r g a

+

u t il

C a r g a

+

u Ct i la r g a

+

Carga util

+

Tara de trayecto (destino carga)

Carga util

Carga util

Carga util

u t il

u tC i la r g a

u t il

+

u tC i la r g a

+

+

+

Tara de trayecto

Tara de trayecto

Tara de trayecto

(destino carga)

(destino carga)

(destino carga)

Carga util

Carga util

Carga util

u t il

+

u tC i la r g a

T a r a d e t rTa ay r ea c dt oe t r Ta ya re ac td o e t r a y e c t oT a r a d e t rTa ay r ea c dt oe t r Ta ya re ac td o e t r a y e c t o ( d e s t i n o c( ad reg s at )i n o c( ad r eg sat )i n o c a r g a ) ( d e s t i n o c( ad reg s at )i n o c( ad r eg sat )i n o c a r g a ) C a r g a

+

(destino carga)

+

T a r a d e t rTa ay r ea c dt oe t r Ta ya re ac td o e t r a y e c t oT a r a d e t rTa ay r ea c dt oe t r Ta ya re ac td o e t r a y e c t o ( d e s t i n o c( ad reg s at )i n o c( ad r eg sat )i n o c a r g a ) ( d e s t i n o c( ad reg s at )i n o c( ad r eg sat )i n o c a r g a )

C a r g a

Carga util Tara de trayecto

(destino carga)

+

+

Tara de trayecto

+

T a r a d e t rTa ay r ea c dt oe t r Ta ya re ac td o e t r a y e c t oT a r a d e t rTa ay r ea c dt oe t r Ta ya re ac td o e t r a y e c t o ( d e s t i n o c( ad reg s at )i n o c(ad r eg sat )i n o c a r g a ) ( d e s t i n o c( ad reg s at )i n o c( ad r eg sat )i n o c a r g a )

C a r g a

Tara de trayecto

u Ct i la r g a

Carga util Tara de trayecto

u t il

T a r a d e t rTa ay r ea c dt oe t r Ta ya re ac td o e t r a y e c t oT a r a d e t rTa ay r ea c dt oe t r Ta ya re ac td o e t r a y e c t o ( d e s t i n o c( ad reg s at )i n o c( ad r eg sat )i n o c a r g a ) ( d e s t i n o c( ad reg s at )i n o c( ad r eg sat )i n o c a r g a )

+

+

+

Tara de trayecto

Tara de trayecto

Tara de trayecto

(destino carga)

(destino carga)

(destino carga)

Carga util +Tara de trayecto(destino carga)

Camión + Tara de sección (destino camión)

Camión cargado MTS-N Como se puede apreciar la carga útil final está formada por un contenedor único, este contenedor puede estar constituido de varias formas, éstas diferentes posibilidades constituyen la llamada estructura de multiplexación, existiendo dos normativas una publicada por el CCITT (Mundial), y otra que es una restricción de la anterior emitida por el ETSI (Europea).

La estructura Europea está configurada para hacer posible el transporte de los llamados afluentes tributarios estandarizados en la jerarquía plesiócrona europea, podemos observarla en el próximo gráfico.

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xN MTS-N

GUA-4

UA-4 XX

C-4

CV-4

x3 x3

UAF-3 XX

GUAF-3

UA-3 XX

XX

Procesado de punteros Multiplexación europea

45 Mbs C-3

34 Mbs

CV-3

x7

x7

Entramado Alineamiento Multiplexación

CV-3

140 Mbs

UAF-2 XX

CV-2

C-2

UAF-12 XX

CV-12

C-12

2 Mbs

UAF-11 XX

CV-11

C-11

1.5 Mbs

6.3 Mbs

x7

GUAF-2

x3

x4

Esquema de multiplexación del CCITT En los siguientes párrafos tratamos de definir los distintos elementos que conforman la estructura de multiplexación con las abreviaturas que aparecen en el gráfico anterior.

Contenedor (C-n).- Unidad básica para empaquetamiento de señales tributarias afluentes plesiócronas.

Si se necesita relleno se realiza bit a bit.

Los elementos C-n; (n = 1 a 4) tienen una capacidad de carga útil dimensionada para transportar cualquiera de los niveles definidos en la recomendación G.702 y que aparecen a continuación, también pueden proporcionar capacidad para transportar señales de banda ancha..

1544 kb/s; 2048 kb/s; 6312 kb/s; 8448Kb/s; 34368 kb/s; 44736 kb/s; 139264 kb/s Contenedor Virtual (CV-n).- Conformado por un contenedor (C-n) mas una Tara de Trayecto (TT.nodo de destino y control del contenido útil en la red JDS), se transporta como una unidad a través de la red JDS. Se encuentran diferenciados en dos tipos diferentes: Contenedor virtual básico CV-n (n = 1,2).- Consta de un sólo C-n más la Tara de Trayecto (TT) adecuada al tipo de cada uno de estos contenedores.

Contenedor virtual de orden superior CV-n (n = 3,4).- Estos elemento están formados por un sólo C-n (n = 3,4) o un conjunto de Grupos de Unidades de Afluentes (GUAF-2 o GUAF-3), junto con la Tara de.

Trayecto (TT) del contenedor virtual adecuada a cada tipo.

Unidad Administrativa UA-n (n=3,4).- Es la estructura de información que proporciona la adaptación entre la capa de trayecto de orden superior y la capa de sección múltiplex. Consta de un contenido útil de información (un CV de orden superior) y un puntero que señale el desplazamiento del comienzo de la trama del contenido útil con relación al comienzo de la trama de la sección de múltiplex (tramo entre dos terminales con equipos de inserción/extracción), se encuentran definidos dos tipos de UA. La unidad administrativa UA-4.- Consta de un CV-4 más un puntero de UA que indica el alineamiento de fase del CV-4 con respecto a la trama del Módulo de Transporte Síncrono de orden N (STM-N).

La unidad administrativa UA-3.- Consta de un CV-3 más un puntero de UA que indica el alineamiento de fase del CV-3 con respecto a la trama STM-N.

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Grupo de Unidades Administrativas GUA-4.- Se denomina así el grupo formado por una o más UA que ocupan posiciones fijas y definidas en una carga útil del Módulo de Transporte Síncrono. Un GUA consta de un conjunto de varias UA-3 o de una UA-4.

Unidad Afluente (UAF).- Es una estructura de información que proporciona la adaptación entre la capa de trayecto de orden inferior y la capa de trayecto de orden superior. Consta de un contenido útil de información (el CV de orden inferior) y el puntero de UAF que señala el desplazamiento del comienzo de la trama de carga útil con relación al comienzo de la trama del CV de orden superior. La UAF-n (n=1,2,3) consta de un CV-n y de un puntero de UAF. Grupo de Unidades Afluentes GUAF-n (n=2,3).- Constituidos por una o más UAF que ocupan posiciones fijas y definidas en un contenido útil de CV de orden superior. Los GUAF se definen de manera que pueden construirse contenidos útiles formados por UAF de diferentes tamaños a fin de aumentar la flexibilidad de la red de transporte.

GUAF-2.- Consta de un conjunto homogéneo de UAF-1 idénticos o de un UAF-2.

GUAF-3.- Consta de un conjunto homogéneo de UAF-2 idénticos o de un UAF-3.

Puntero.- Indicador cuyo valor define el desplazamiento de la trama de un Contenedor Virtual con respecto a la referencia de trama de la entidad de transporte de orden superior sobre la que se establece.

Alineamiento (JDS).- Procedimiento por el que la información de desplazamiento de trama (puntero) se incorpora a la Unidad Afluente (o a la Unidad Administrativa) cuando se adapta a la referencia de trama de la capa soporte.

Correspondencia/Entramado (JDS).- Método que adapta afluentes a Contenedores Virtuales en los límites de una red JDS. Concatenación (JDS).- Procedimiento en el que múltiples Contenedores Virtuales se asocian unos con otros de modo que su capacidad combinada puede utilizarse como un contenedor sencillo en el que se mantiene la integridad de la secuencia de los bits.

Multiplexación (JDS).- Método por el que varias señales de capa de trayecto de orden inferior se adaptan a un trayecto de orden superior. o por el que múltiples señales de capa de trayecto de orden superior se adaptan a una sección de múltiplex.

Sección.- Es un tramo de transmisión limitado por dos terminales. La señal que viaja por esta sección es un STM-1 a la velocidad de 155 Mbit/s o múltiplos de la misma (STM-4 ó STM-16). En los extremos de las secciones es donde se inserta o extrae la tara de sección. Estos extremos pueden ser considerados INR si ademas poseen capacidad de extracción/inserción y/o distribución.

Trayecto.- Es el tramo de transmisión comprendido entre dos puntos de ensamblado y desensamblado de los CV's, estos puntos son siempre INR. Normalmente un trayecto transcurrirá a través de más de una sección.

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En el siguiente gráfico podemos observar la estructura a nivel de octetos de un MTS-1 completo donde además vemos como se configuran cada una de las posibles cargas.

270 OCTETOS 9 OCTETOS

PUNTERO U. ADMITVA CV4 - UA4

X

FILAS 1 A 3

TARA SECCION REGENERACION

FILA 4

PUNTERO UDAD. ADMITVA.

FILAS 5 A 9

TARA SECCION MULTIPLEXACION

PUNTERO U. ADMITVA CV4 - 3xUA3

X X X

261 OCTETOS

CARGA GUA4=1xUA4 ó 3xUA3

STM - 1

261 OCTETOS 1 OCTETO

85 OCTETOS 1 OCTETO

FILAS 1 A 9

260 OCTETOS

84 OCTETOS

CARGA 1xCV3 ó 7 x GUAF2

FILAS 1 A 9

UA3 ó GUAF3

CARGA CV4=1 x C-4 ó 1 x GUAF3 UA4

APROXIMADAMENTE 270 OCTETOS TOTALES

CARGA 3 x UAF12 APROXIMADAMENTE 35 OCTETOS TOTALES

CARGA CV12=1xC12

GUAF2 UAF12

nivel MTS-1 se transportan 8000 tramas de 19440 bits en 1 seg. siendo su velocidad de 155520 kb/s.

Cada una de las tramas tiene en sí misma una estructura de unidad de información congruente y completa a nivel de transporte y gestión, estando constituida por 9 filas de 270 columnas de octetos como se ve en la figura anterior. Se observan tres zonas principales en la trama STM-1.

- Tara de sección - Punteros de la Unidad Administrativa - Unidad Administrativa Tara de Sección (TS).- Recordando que la sección se define como una parte del trayecto que transcurre entre dos terminales consecutivos, los octetos contenidos en las filas 1 a 3 y 5 a 9 de las columnas 1 a 9 del STM-1 (Figura anterior) están dedicadas a la tara de sección o sección de overhead (SOH). Estos bytes cumplen funciones de alineación, gobierno de los circuitos de conmutación, cálculo de la tasa de error en las secciones de regeneración y entre terminal-terminal, constituyendo ellos mismos circuitos de control de la transmisión.

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La Tara de Sección (TS) ó (SOH), se divide en dos partes: Tara de sección de Multiplexado denominada del inglés MSOH (Multiplex Sectión Over Head), formada por las cinco últimas filas del conjunto total de TS, su función es el control del soporte físico de transporte entre dos puntos de la red donde deba tener lugar una multiplexación/demultiplexación del STM. Tara de Sección de Regeneración denominada del inglés RSOH (Regeneratión Séction Over Head), formada por las tres primeras filas del conjunto total de TS, su función es el control del soporte físico de transporte en los puntos de regeneración simple.

En general las funciones de estas taras MSOH y RSOH podemos resumirlas en: - Monitorización de la calidad.

- Detección de alarmas y fallo.

- Alineación de la trama MTS. - Canales de datos para la gestión de los equipos.

- Señales para fines de funcionamiento.

- Canales de comunicación internos.

Punteros de la Unidad Administrativa (UAD).- Los bytes disponibles para el puntero de UA se encuentran en la fila 4 de las columnas 1 a 9 y como ya se ha explicado, estos punteros proporciona un método de alineación flexible y dinámica del Contenedor virtual en la trama de la UA. El desplazamiento del comienzo del CV que forma la UA con respecto del comienzo del MTS viene indicada por el valor de los estos punteros.

Tara de Trayecto (TT).- Cada CV circula por la red JDS como una unidad de información completa hasta su punto de destino donde será desensamblado y ensamblado de nuevo. Como ya se ha dicho, para realizar este recorrido llamado trayecto, el CV debe contener una serie de octetos reservados para información del sistema que proporcionan las siguientes funciones: - Identificación del extremo remoto.

- Monitorización de la calidad extremo a extremo.

- Detección e indicación de alarmas y fallos extremo a extremo.

- Canal de comunicación.

- Señales para fines de mantenimiento.

Estructura de la red JDS.- El diseño de la red JDS está realizado a partir de un modelo formado por tres capas, estás capas se han definido a nivel Software y Hardware, superponiendose una a otra jerárquicamente tal y como se muestra en las figuras siguientes.

La capa de mas alto nivel, llamada capa de circuito o capa cliente, es la encargada de proporcionar los teleservicios y está constituida fundamentalmente por software y equipos de administración de la red.

La capa intermedia, llamada capa de trayecto o capa adaptadora es la encargada de la organización de los contenedores y su rutado o encaminamiento a través de la red, cuidando de la integridad y seguridad de la información transportada, recibe mandatos directamente de la capa de cicuito. Está formada por Software y Hardware, entre sus equipos principales se encuentran los Múltiplexores / Demultiplexores, los Extractores / Insertores y los Distribuidores.

La capa mas baja, llamada capa de medio físico o capa servidora, es la que se ocupa de la transmisión entre los nodos de la red, siendo responsable del mantenimiento correcto de los medios de transmisión, recibe mandatos desde la capa de trayecto, y mantiene informada a ésta del estado de los medios de transmisión, con el fin de que el encaminamiento sea el mas rentable en cada momento. Está formada por Software y Hardware, entre éstos podemos destacar los equipos Transmisores / Receptores de línea ópticos y radioeléctricos y los regeneradores intermedios ópticos y radioeléctricos.

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Capas de la red JDS Tráfico datos clientes

Tráfico datos clientes

Teleservicios Capa de Circuito

Capa de Trayecto

Capa de medio físico

Teleservicios Circuitos virtuales

Capa adaptadora

Circuitos físicos

Capa de Circuito

Capa de Trayecto

Capa de medio físico

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7.6.- Codificación de señales digitales en transmisión.

Las señales digitales, hasta ahora se han visualizado mediante la codificación NRZ (No Retorno a Cero) expuesta en el tema 5; es necesario decir en este momento que dicha forma de codificación solo es válida para señales que circulan en el interior de los buses de un sistema Hardware localmente restringido. Las señales en este código solo es posible interpretarlas si ademas tenemos una segunda señal llamada de reloj (clock) y que le confiere un sentido en el tiempo, en los sistemas de hardware citados dichas señales circulan por circuitos distintos y de forma paralela a las señales de datos codificados.

Como ya se ha mencionado los medios físicos de transporte de señales en entornos hardware no restringidos son muy costosos por lo que el utilizar un medio para datos y otro para el reloj duplicaría los circuitos necesario. Por otra parte la señal NRZ de tipo unipolar vista hasta ahora mantiene un nivel continua apreciable y muy perjudicial para recorrer grandes distancias al ocasionar muchas caídas de tensión y ademas esta componente CC (Corriente Continua) no podría atravesar elementos como los condensadores, se hace necesario adecuar las señales digitales a otro tipo de códigos que eliminen los problemas expuestos.

En un primer acercamiento tenemos el código NRZ bipolar que intenta eliminar el problema del nivel de CC, este tipo de código es utilizado en transmisiones de muy cortas distancias y con señales de reloj en un circuito paralelo a las mismas, o con detecciones de bit de inicio y parada (Conexiones de interfaz de periféricos RS232, Centronics,...), no sobrepasando distancias de algunos metros. Una modalidad de codigo NRZ algo especial la constituye el código NRZ bipolar diferencial donde cada uno lógico origina una transición a la polaridad opuesta, ofreciendo mayor seguridad a las perturbaciones electromagnéticas.

Un código que permita suprimir el circuito específico para la señal de reloj se consigue aplicando códigos llamados RZ (Retorno a Cero), para ello se utiliza una puerta Y con dos entradas, una para la señal NRZ y otra para la señal de clock, en su salida se obtiene tensión solo cuando ambas sean 1. Dependiendo del tipo de señal NRZ utilizado se obtendrán los códigos RZ polar ó RZ bipolar, en ambos casos podemos observar como los ciclos del reloj aparecen como parte integrante de la señal de datos, el primero de ellos soporta el problema de nivel de CC apuntado con anterioridad y ademas en el caso de largas cadenas de cero se perderá el reloj; en el segundo vemos como el reloj siempre es transmitido tanto en cadenas de unos como de ceros, por otra parte al partir de señal NRZ bipolar reduce el nivel de continua, pero en cambio multiplica por dos la frecuencia de la banda base digital ( NRZ (2 Mb/s ----> 1Mhz) , RZ bipolar (2 Mb/s ---->2Mhz) lo cual encarecerá el medio físico de transmisión. Una variante de estos últimos códigos la constituye el llamado codigo AMI RZ bipolar, (AMI del inglés Alternate Mark Inversion) parte del RZ polar pero invierte la polaridad de cada valor lógico 1 alternativamente disminuyendo el nivel de CC , no soluciona la pérdida de reloj en las cadenas largas de cero, pero incrementa la fiabilidad contra la distorsión electromagnética, y mantiene la frecuencia max. del flujo de datos en 1/2 de la velocidad bps.

Dando un paso en la mejora de la sincronización, la reducción del nivel de continua, la inmunidad a pulsos electromagnéticos y la detección de errores de bit, encontramos una serie de códigos denominados de tipo Manchester, su particularidad mas notoria es la supresión de los valores 0 de tensión, de entre ellos tenemos el CMI o bifásico -M bipolar, el cual generar transiciones alternativas ( +/-) en el flanco de subida de cada ciclo reloj, diferenciando los 1 de los 0 por la duración del pulso, de medio ciclo de reloj en el caso de los 1 y de 1 ciclo de reloj en el caso de los ceros. Otro de estos códigos es el denominado Manchester bipolar, su pauta consiste en realizar transiciones en el flanco de bajada del reloj siendo de positivo a negativo para representar a los valores 1 y de negativo a positivo para los valores 0, realizando una transición de posicionado en el flanco de subida si el bit siguiente es de igual valor que el actual. El mayor inconveniente de este tipo de códigos es la duplicación de la frecuencia max. sobre el código inicial NRZ generado en el hardware de procesamiento.

Otros códigos tendentes a mantener las mejoras de los anteriormente mencionados y ademas mantener o disminuir la frecuencia max. con respecto a la NRZ hardware son los denominados HDB (High Density Binary) Alta densidad binaria y los que cambian codigo de dos estados binarios códigos de tres ó cuatro estados (ternarios o cuaternarios) llamados de forma genérica nBmX. De entre estos tipos vamos a ver uno de cada tipo, en ambos casos los dos expuestos a continuación son de utilización europea, siendo sus equivalentes USA respectivos HDB6 y 2B1Q El codigo HDB3 bipolar es de tipo binario, como todos los anteriormente analizados, cada valor 1 es codificado durante el primer semiciclo de reloj como positivo o negativo de forma alternativa, para evitar las cadenas de cero que ocasionen pérdida del reloj el código analiza los valores a transmitir, no permitiendo que se transmitan mas de 3 tres ceros contiguos, para ello sustituye un grupo de 4 ceros por una de dos combinaciones de 1 y 0 ( 1001 ó 0001), para informar de la transmisión de una cadena de supresión de ceros y evitar la confusión con valores de datos 1 reales, estas cadenas violan la regla de alternancia positivo/negativo de los datos de valor 1.

El hecho de que los grupos de cero no se sustituyan por una única combinación es necesario para compensar los valores positivos y negativos transmitidos, para ello el equipo transmisor cuenta el número de 1 reales transmitidos tras una violación de polaridad y si dicho número es par se transmitirá 1001 siendo estos de igual

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polaridad entre ellos y contraria al último pulso de 1 real o de violación transmitido anteriormente , en el caso de que los pulsos 1 reales transmitidos sea impar, se transmitirá la cadena 0001, para el caso de cadenas sucesivas de ceros, se considera a 0 pulsos 1 reales transmitidos como par. Este código no aumenta ni disminuye la frecuencia max. pero consigue una buena sincronización, facilita la detección de errores de bit, y hace descender la energía media utilizada para su transmisión al no transmitir como pulsos todos los 1 y 0.

El código 4B3T cambia grupos de 4 bits binarios a un codigo de pulsos ternarios, pudiendo tomar estos los valores +V, 0, -V. Si calculamos el número de combinaciones distintas para 4 dígitos binarios se tendrá la base 2 elevada a la posición del dígito mas alto 4, por tanto el resultado es 16 en decimal. Si realizamos el mismo cálculo para un código ternario de tres dígitos se tendrá la base 3 elevada al dígito de posición mas alta 3, siendo 27 el resultado final.

Parece evidente que con un código ternario como el descrito es posible adjudicar un codigo distinto a cada combinación binaria y aún sobrarían 11 combinaciones ternarias. Para evitar emitir el código ternario formado por 0V,0V,0V, que causaría la perdida de la señal de reloj, este se suprime, quedando por tanto 26 combinaciones ternarias diferentes, si estudiamos estas 26 combinaciones encontraremos que 6 de ellas están formadas por variaciones de la terna (0V,+V,-V), estas 6 combinaciones están equilibradas en CC, quedan por tanto 20 combinaciones no equilibradas en CC, pero si las emparejamos correctamente veremos que las parejas formadas si se equilibran, formando por tanto 10 parejas.

Como son 16 las combinaciones binarias adjudicamos a 6 de ellas las ternas simples equilibradas y a las 10 restantes las parejas de ternas equilibradas, transmitiendo estas ternas alternativamente, a una terna desequilibrada a +V le seguirá una terna desequilibrada a -V. La tabla de correspondencia se muestra en el siguiente cuadro, este código reduce la frecuencia max. del flujo de datos a 3/4 de la frecuencia max. en binario, el codigo americano 2B1Q lo hace en 1/2.

PALABRA

PALABRA

TERNARIA

BINARIA

Desequilibrio -V

0000

-V -V -V

+V +V +V

0001

-V -V 0

+V +V 0

0010

-V 0 -V

+V 0 +V

0011

0 -V -V

0 +V +V

0100

-V -V +V

+V +V -V

0101

-V +V -V

+V -V +V

0110

+V -V -V

-V +V +V

0111

-V 0 0

+V 0 0

1000

0 -V 0

0 +V 0

1001

0 0 -V

0 0 +V

1010

Desequilibrio 0

Desequilibrio +V

0 +V -V

1011

0 -V +V

1100

+V 0 -V

1101

-V 0 +V

1110

+V -V 0

1111

-V +V 0

En la pagina siguiente se encuentra un ejemplo de codificación de un flujo de datos binarios en cada uno de los códigos explicados anteriormente.

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7.7.- Medios de transmisión.

Como ya se ha comentado, un medio de transmisión no es mas que un espacio físico cuyas características propias favorecen la propagación de alguna magnitud física. En el caso de la telefonía, la información se transforma en un principio en variaciones eléctricas, pudiendo ser reconvertidas para su transporte en electromagnéticas ó en luminosas.

Los medios podemos dividirlos en una primera clasificación atendiendo a la libertad y control de la propagación por el espacio de dicho medio en: Confinados.- En estos la información viaja por una zona limitada en el espacio, estos medios tienen propietarios identificables y son artificiales. En este apartado señalamos por su importancia y utilización tres tipos: Cables eléctricos, guiaondas y fibras ópticas.

No confinados.- En estos la información viaja sin limitaciones por el espacio, propagándose en todas direcciones sin control hasta desaparecer por atenuación, estos medios no tienen propietarios identificables como tales, aunque si entidades jurídicas reguladoras de su uso para transmisiones, son medios naturales como el mar, la superficie terrestre, la atmósfera, y el vacío.

En los párrafos siguientes vamos a centrarnos en los medios de tipo confinado. De los medios no confinados solo diremos que actualmente se utilizan para propagar por ellos ondas electromagnéticas (Radio) y ondas luminosas (Láser e infrarrojos), siendo su estudio objeto de otras áreas de este ciclo (Sistemas de radio y televisión).

7.7.1.- Cables eléctricos.Son los medios de transmisión mas comunes y utilizados en el ámbito de las comunicaciones, sus ventajas son la facilidad de manejo, su gran resistencia mecánica, su facilidad de instalación, por contra su gran desventaja es su limitado ancho de banda para las comunicaciones actuales, la atenuación en grandes distancias, su sensibilidad al ruido electromagnético y el alto coste de su instalación y mantenimiento para grandes trayectos. Los tipos mas utilizados son los siguientes: Cable par paralelo.- Muy poco resistente al ruido, su ancho de banda es también muy pequeño y la inducción mutua entre los conductores es muy elevada, solo se utiliza en distancias muy cortas y con señales de gran nivel energético.

Cable par trenzado.- Es el medio mas utilizado en las redes de comunicaciones de corta distancia, la red telefónica ha estado soportada por este tipo de cables durante los últimos 50 años. El hecho de ser trenzado, es decir, los conductores se envuelven constantemente el uno al otro, hace que mejore el rechazo a la inducción mutua y se incremente el ancho de banda. En este tipo de cables se diferencian dos subtipos llamados UTP y STP, el llamado UTP es el mas ampliamente utilizado y es un mazo que contiene varios pares trenzados y estos trenzados entre sí en el interior de una cubierta no conductora (muy utilizado en redes de telefonía privada y redes locales). El denominado STP es una mejora del anterior, entre el mazo de pares trenzados y la cubierta exterior aislante se ha colocado una malla conductora que aumenta la inmunidad al ruido externo y el ancho de banda. Estos tipos son mas caros pero permiten distancias mas largas y velocidades digitales mas altas Cable coaxial.- La principal característica de este cable viene dada por la colocación de los conductores que configuran el par, estando uno de ellos en el centro y el otro como una malla alrededor de este y separado de él por un aislante, y el conjunto así formado está forrado por una cubierta exterior aislante. Las mejoras aportadas son el incremento del ancho de banda, inmunidad al ruido y el rechazo a la inducción mutua. Estas características permiten incrementar las distancias y las velocidades digitales de utilización.

Dentro de la tipología coaxial existen varios subtipos (Ej. RGxx) que se diferencian fundamentalmente en las secciones de los conductores y la composición de los aislantes, confiriendo a estos características adecuadas para distintos usos.

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CABLES ELÉCTRICOS BÁSICOS

7.7.2.- Guiaondas.Cuando trabajamos con ondas eléctricas superiores a UHF (Ultra High Frecuency), entramos en las denominadas microondas, a estas frecuencias aparece en los conductores el llamado efecto pelicular, consistente en el desplazamiento de la totalidad de la carga eléctrica circulante a la superficie exterior del conductor, no existiendo desplazamiento de cargas en el interior del núcleo del mismo, este efecto hace innecesario el interior del conductor, tomando estos la forma de un tubo hueco de sección circular o rectangular llamados guiaondas.

Los guiaondas son utilizados para la interconexión entre equipos de microondas y de estos con sus antenas emisoras y receptoras.

A.- Sección recta rectangular. B.- Sección recta circular.

C.- Codo rectangular D.- Sección retorcida rectangular

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7.7.3.- Fibra óptica.Este tipo de medio esta compuesto por un hilo de vidrio ( conductor de ondas luminosas ) recubierto por diversas capas de materiales como algodón, barnices impermeabilizantes, PVC, Poliuretano, Kevlar, acero, etc.., destinados a proteger, aislar del entorno y permitir el manejo adecuado de dicho hilo de vidrio. Este tipo de medio es absolutamente inmune a los campos electromagnéticos, ya que la entidad física transportada son variaciones de luz, estas variaciones son producidas por transductores eléctrico/luminoso ( LED, Láser), que convierten las usuales señales eléctricas en señales ópticas. En el extremo remoto se puede reconstruir las señales eléctricas mediante transductores luminoso/eléctrico ( Fotodiodos, Fototransistores ).

El hilo de vidrio esta dividido en dos zonas concéntricas diferenciadas por sus densidades, siendo la zona interior o núcleo la mas densa y la exterior o recubrimiento la menos densa. Esta diferencia de densidades hace que los rayos de luz modifiquen sus trayectorias siendo refractados en la frontera entre estas dos capas.

CUBIERTA NUCLEO

REVESTIMIENTO

Las grandes ventajas de la fibra óptica las podemos resumir en las siguientes: a) Inmunidad a los campos eléctricos y magnéticos. b) Ancho de banda muy por encima de las posibilidades tecnológicas actuales. c) Pérdidas por atenuación pequeñas (grandes distancias sin regenerar las señales). d) Muy ligera en peso y de reducidas dimensiones. e) Muy bajo precio en la relación Nº comunicaciones simultáneas / Medio.

Por contra algunos de sus inconvenientes son: a) Muy sensible a la humedad. b) Poca resistencia a la torsión y al estiramiento. c) Reparaciones muy delicadas y con herramental especial.

Para hacernos una idea de las dimensiones reales que tienen la fibras ópticas diremos que el diámetro del hilo de vidr mm. Teniendo en cuenta que es absolutamente transparente se hace peligrosa su manipulación pues se puede clavar en la piel con mucha facilidad , e incluso pequeños fragmentos pueden llegar a circular por el torrente sanguíneo, se hace preciso utilizar guantes apropiados para su manipulación.

La fibra óptica usada actualmente se divide en dos tipos fundamentales, fibras multimodo y fibras monomodo.

En la fibras multimodo el diámetro del núcleo (50 las longitudes de onda de la luz , esto hace que en el interior de dicho núcleo circulen muchos rayos de luz con distintas inclinaciones produciendo muchas trayectorias posibles dentro del mismo, tal y como se muestra en las figuras.

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mayor que las longitudes de onda de la luz , esta característica hace que el ángulo crítico de refracción sea tal que solo circulan por la fibra aquellos rayos que son cuasi paralelos al eje longitudinal de la misma.

Si observamos las figuras vemos como la inclinación de los rayos de luz que intentan penetrar por el extremo de una fibra óptica, determinan un ángulo que hemos nombrado alfa el cual representa las inclinaciones máximas admisibles para la propagación en el interior de la fibra, denominándole ángulo de aceptación, fija la mayor o menor precisión en los acoplamientos entre emisores y receptores de luz con la fibra. En la fibra monomodo esta precesión del ajuste de los emisores y receptores se ve compensada por la disminución de las pérdidas en la fibra al no refractarse constantemente la luz.

FIBRA MULTIMODO DE INDICE ESCALONADO

N* N>>>l



FIBRA MULTIMODO DE INDICE GRADUAL

N* N>>>l

Densidad



FIBRA MONOMODO DE INDICE ESCALONADO

N* N>= 1

Densidad

Densidad



Una diferencia que se puede observar en las gráficas anteriores es como en las fibras multimodo toda la energía luminosa transportada circula por el núcleo, en las fibras monomodo, se ve como aparecen trayectorias paralelas al eje longitudinal en la frontera entre el núcleo y el revestimiento, esto hace que puede llegar a circular hasta el 50 % de toda la energía transportada por el revestimiento.

Los cables de fibra óptica se pueden encontrar desde los formados por fibras simples, hasta agrupamientos de 48 ó 64 fibras en mazo. Dependiendo del entorno donde se vayan a utilizar, los recubrimientos protectores podrán ser muy diversos, encontrándose incluso, mazos de fibras entubadas individualmente, reforzadas con fibras de Kevlar y todo en el interior de un tubo de acero flexible.

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8.- RED DIGITAL DE SERVICIOS INTEGRADOS (RDSI).

8.1.- ¿Qué es la RDSI? La Red digital de servicios integrados, es una red digital de transmisión de voz y datos, que integra todos los servicios a nivel de usuario ofrecidos con anterioridad por otras redes independientes y creando además nuevos servicios algunos de implantación inmediata y otros en un futuro próximo.

8.1.2.- Antecedentes históricos.

En el origen de la red telefónica, el servicio ofrecido era la conversación vocal instantánea dúplex con fidelidad analógica. Este servicio se ha mantenido como invariable y único desde el comienzo de la telefonía hasta el comienzo de los años 70, ya se ha visto en temas anteriores como diferentes evoluciones tecnológicas han soportado estas redes ( Manuales, Electromecánicas, Electrónicas) pero todas bajo la perspectiva de la fidelidad analógica extremo a extremo, con conmutación analógica (espacial) y transmisión analógica (Multiplexación MDF ). Todo lo expuesto se resume en un servicio único al usuario, el de voz analógica a 4 Khz. como podemos observar en el gráfico siguiente.

Red Telefónica 1900

Red de conmutación de circuitos analógica

analógica

analógica

En 1970, con la comercialización de equipos informáticos para grandes empresas, aparece la necesidad de interconectar centros de trabajo en lugares distantes, bien durante cortos periodos de tiempo para intercambiar poca información y luego desconectarse, o bien durante grandes periodos con gran cantidad de información, además la naturaleza de la información generada en los terminales informáticos, no es de tipo analógico y sí digital. Para dar respuesta a estas necesidades se crean dos nuevos servicios, uno sobre la actual red analógica denominado red de circuitos punto a punto, destinado a satisfacer la comunicación constante entre equipos remotos, en realidad este servicio solo es una conmutación constante entre dos pares de abonado que genera un circuito dedicado dentro de la red, este circuito en principio es analógico con 4Khz de ancho de banda, debiendo colocarse en los extremos modems para las conversiones digital/analógico y viceversa. Para solucionar el problema de cortas transmisiones de datos digitales se crea una nueva red específica llamada red de conmutación de paquetes ( En España Iberpac), esta red es de tecnología digital en cuanto a los equipos de gestión y transporte, en ella no se asignan circuitos físicos reales, sino virtuales, pudiendo ser estos permanentes o temporales, la información no es en tiempo real, pues fluye en función de prioridades de tráfico y nivel de usuario.

Con la evolución de los equipos digitales, la red de conmutación de circuitos comienza a incorporar equipos de conmutación y transporte digital, sobretodo basados en la Jerarquía Digital Plesiócrona (JDP), aún cuando la red de abonados permanece en forma analógica.

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Red Telefónica 1970 Red de conmutación de circuitos analógica analógica

digital

Red de conmutación de paquetes analógica

analógica digital

modem

modem

En la década de los 70, aparecen los chips VLSI y los microprocesadores, provocando una gran revolución en las tecnologías digitales y disparándose las posibilidades de las comunicaciones digitales.

Los anteriores avances repercuten en el incremento del tráfico de datos, haciendo insuficiente para el control de los mismos la señalización tradicional CAS, ademas los nuevos equipos digitales de conmutación posibilitan otro tipo de servicios que anteriormente no se contemplaban, entre ellos citamos algunos como facturaciones detalladas, llamadas a tres, desvíos de llamadas, servicios de fax, videotext, buzones de voz, etc... para poder soportarlos, los ordenadores que conforman las redes telefónicas necesitan intercambiar mensajes mucho mas complejos, dando lugar a comienzos de los 80, a la aparición de un nuevo tipo de señalización llamada SCC Nº 7, que permite construir una red independiente al margen de los datos de los usuarios.

Una de las principales ventajas aportadas por este tipo de señalización es la mejora de la gestión del tráfico en las dos redes existentes e independiza la gestión de las redes, del tráfico de las mismas. La nueva configuración la podemos observar en el siguiente gráfico, esta nueva configuración totalmente digital a nivel de gestión y transporte recibe el nombre de RDI (Red Digital Integrada), pero la red de abonados sigue siendo de tipo analógico.

Red Telefónica 1980 Red de conmutación de circuitos analógica

analógica

digital

RDI Red Digital Integrada Red de señalización SCC Nº 7

digital

Red de conmutación de paquetes

analógica modem

analógica digital modem

Como se ha podido observar, las redes hasta el momento comentadas dan como resultado la dispersión de servicios en dos redes con acceso para usuarios, servicio de voz en la red de conmutación de circuitos y aparte, servicio de datos en formato paquete en la red de conmutación de paquetes. Ninguno de los servicios contemplados hasta ahora ofrece la posibilidad de transparencia digital extremo a extremo. Pero algo si ha cambiado, la potencia de los mensajes que pueden intercambiar los elementos del sistema.

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Si los terminales de usuario pudieran recibir, enviar e interpretar estos mensajes en formato digital, podrían solicitar al sistema distintos servicios, siendo estos suministrados en su caso por la red correspondiente o por una nueva red que ofrezca nuevos servicios hasta ahora no contemplados.

Esta nueva red es la R.D.S.I. (Red Digital de Servicios Integrados. ISDN en inglés), que proporciona todo lo mencionado en el párrafo anterior, con transparencia digital extremo a extremo y con potencia para soportar otros servicios de datos a alta velocidad, integración de las redes privadas de voz y datos de los usuarios, videoconferencia, etc..., bien por el par de cobre existente actualmente, bien mediante un cable coaxial , siendo las señales en esta red de abonados, de formato digital.

La RDSI es la evolución lógica de las redes públicas de telecomunicaciones existentes, y es el estándar internacional para las redes telefónicas actuales y en un futuro cercano.

Red Telefónica 1990 Red de conmutación de circuitos analógica

analógica

digital

analógico

analógico

digital

digital

digital

Red de señalización SCC Nº 7

modem analógico

TR

digital

digital

digital

TR

modem digital

modem digital

digital modem

analógica

Red de conmutación de paquetes

modem analógico

digital

analógica modem

Hasta ahora, hemos hablado de la RDSI como de una sola red, pero en 1988 el ITU-T consideró, que la sola evolución lógica de las redes existentes, no resistiría el incremento de tráfico de datos en formato digital que se esperaba a medio plazo. Esta conclusión lleva al desarrollo de una ampliación de las prestaciones de la RDSI, quedando dividida esta en dos: La RDSI llamada de Banda Estrecha (N ISDN en inglés), con las prestaciones expuestas con anterioridad.

La nueva RDSI que se llamará de Banda Ancha (B ISDN en inglés). Esta no se basará en la evolución de redes ya instaladas, se pretende que sea un desarrollo completamente nuevo sobre redes y tecnologías incluso no disponibles, para aplicaciones aún no definidas ni implantadas, es más, esta red todavía hoy es casi ciencia ficción para los usuarios.

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8.2.- RDSI de Banda Estrecha (N-ISDN).

Como se ha comentado, la RDSI BE nace como respuesta a la presión de las necesidades de los usuarios y siendo heredera de las redes anteriores, estas causas hacen que la red, este basada en el transporte de tramas básicas JDP con canales de 64 Kb/s.

El número de canales que se pone a disposición de los usuarios que quieran conectarse a esta red, se estandariza por el ITU-T mediante dos tipos de accesos, estos accesos se denominan acceso básico y acceso primario, con menor y mayor número de canales de comucaciones respectivamente.

La configuración de referencia de estos accesos de usuario/red, quedan definidos mediante la especificación de dos tipos de elementos : a.- Grupos funcionales con la definición de los equipos. b.- Puntos de referencia con la definición de las interfaces de comunicación entre los equipos

8.2.1.- Los grupos funcionales.

Se les llama así porque no pretenden describir un equipo específico, sino un conjunto genérico de equipos con sus funciones y responsabilidades: TR1.- Terminación de red 1, equipo perteneciente a la red pública y situado en el local del usuario, es el responsable de ejecutar las funciones de bajo nivel. Contiene el final de la conexión física a la red pública (bucle de abonado) y monitoriza el estado del acceso a la red.

TR2.- Terminación de red 2, equipo perteneciente al usuario que realiza las funciones de adaptación entre diferentes medios físicos, así como el control y generación de la señalización y multiplexión del tráfico en la instalación interna del usuario. El equipo típico suele ser una PABX ISDN. ET1.- Equipos terminales 1, constituido por periféricos o terminales digitales de la red interna del usuario que integran de forma nativa los protocolos RDSI. Entre estos, citamos los teléfonos digitales RDSI, tarjetas adaptadoras RDSI para PC, fax del Grupo IV, modems digitales RDSI, etc....

ET2.- Equipos terminales 2, constituido por periféricos o terminales de la red interna del usuario que solo se adaptan a las redes tradicionales, suelen ser de tipo analógico y no integran de forma nativa los protocolos RDSI. Para poder ser conectados a la instalación interna RDSI del usuario requieren de un equipo adaptador. Citemos entre los mas usuales los teléfonos para red conmutada, modems analógicos, fax hasta grupo III, etc...

AT.- Adaptador de terminal, permiten la conexión de los ET2 a la instalación interna RDSI del usuario, se crean para el aprovechamiento y mantenimiento de las estructuras instaladas en el local del abonado.

Actúan como conversores de protocolos y/o señalizaciones antiguas en protocolos RDSI. TL.- Terminación de linea, es el equipo simétrico al TR1 en el bucle de abonado, pero en el local de la central.

8.2.2.-Los puntos de referencia.

Definen a las interfaces de comunicaciones entre los grupos funcionales, especificando los protocolos desde el nivel del medio físico (cables, conectores, señales, niveles lógicos etc...).

R.- Define e incluye todos los protocolos no RDSI que pueden adaptarse mediante bloques AT para acceder a la red RDSI. T.- Es el interface entre los grupos TR1 y TR2, y constituye la separación entre el bucle del abonado y la instalación del usuario.

S.- Define al punto de acceso universal a la red para la conexión de terminales que incorporan de forma nativa protocolos RDSI. U.- Especifica las características y parametros de transmisión en la linea que une a cada abonado con la central RDSI. V.- Define los protocolos de comunicaciones entre el grupo TL y los equipos que conforman la central de conmutación, pertenece a la implementación propia de la compañía operadora.

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8.2.3.-Canales.

Para conectar a los abonados con otros abonados, se utilizan los llamados canales creados sobre un mismo medio físico por técnicas MDT, siendo por ellos por donde fluye la información. La RDSI define tres tipos diferentes de canales según su funcionalidad y su capacidad. Todos estos canales son digitales, dúplex e independientes a nivel lógico.

Canal D.- Transporta la señalización entre el usuario y la red, dependiendo del tipo de acceso puede tener capacidades de 16 Kb/s o 64 Kb/s. Mediante este tipo de canal es por donde se accede a la red para solicitar alguno de los servicios que esta ofrece.

Canal B.- Transporta información entre usuarios, generalmente a 64 Kb/s aunque en EEUU puede ser de 56 Kbs. Es en estos canales por donde fluye la información que es objeto del servicio solicitado.

Canal H.- No es propiamente un canal sino una agrupación a nivel lógico de canales B, estas agrupaciones se realizan para aumentar las velocidades de transmisión, se pueden obtener canales virtuales H múltiplos de 64 Kb/s, con un máximo de 30 * 64 Kb/s = 1920 Kb/s.

De lo anteriormente expuesto, el número mínimo de canales que son necesarios para lograr una comunicación entre usuarios es por tanto 1 D + 1 B. Para ordenar y estandarizar el mercado mundial, el ITU-T obliga a los operadores públicos de telecomunicaciones a ofertar al menos dos tipos de accesos para abonados, siendo estos los denominados acceso básico y acceso primario.

8.2.4.- El acceso Básico.

En este acceso el operador facilita al abonado 2 canales del tipo B y 1 canal tipo D de 16 Kb/s. La configuración de referencia aparece en el gráfico siguiente y en ella hay que resaltar que el interface U puede tener como medio de transmisión un par de cobre entrelazado o un cable coaxial. Este tipo de acceso está pensado con objeto de ser instalado directamente sobre la red de abonados ya instalada para la red de

LOCAL ABONADO ET1 PC conex. RDSI

ET1 Telf. RDSI

CEN TRAL RDSI

ET1 fax grup.IV

V

S/T bus pasivo

R

ET2 fax grup.III

AT

R

AT

TR1

ET2 Telf. Analog.

U

TL1

par trenzado

ACCESO BÁSICO 2B + D (16 Kb/s) conmutación de circuitos actualmente en servicio.

Con este tipo de acceso, el abonado puede cursar simultaneamente tres comunicaciones, dos de ellas en modo circuito sobre los canales B y una en modo paquete sobre el canal D. Los elementos reales que encontramos en una instalación de este tipo, no obedecen exactamente a la distribución física mostrada en el gráfico anterior, aún cuando se atienen a las conexiones representadas.

El equipo denominado TR1, en la práctica no solo contiene al grupo TR1, además contiene al punto de

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referencia T (no accesible), punto de referencia S (accesible mediante RJ11) una fuente de alimentación para dar soporte a los equipos conectados en la red del usuario y opcionalmente dos adaptadores de terminales AT (accesibles mediante RJ11), quedando integrados en un solo equipo.

Debemos decir que en España este equipo se encuentra en dos formatos no compatibles, ello es debido a que podemos encontrar dos tecnologias diferentes de centrales RDSI y cada una de ellas utiliza un código de transmisión distinto en el bucle de abonado, por tanto es necesario conocer a que tipo de central RDSI se va a conectar, en caso de centrales de tecnología europea ( Ej. Alcatel) el código es el 4B3T y en el caso de las de tecnología americana (Ej. AXE o 5ESS) sera el 2B1Q. El interface S en este acceso es único y toma la forma del denominado bus pasivo. Físicamente el bus pasivo es un cable UTP ó STP de 2, 3 o 4 pares (solo se utilizan dos y los restantes quedan en reserva para averias) y a lo largo del mismo se situan hasta 10 rosetas de 8 contactos RJ45 como máximo (según configuración). El montaje se realiza conectando un par siempre entre los terminales 3 y 6 de las rosetas y el otro entre los terminales 4 y 5, se ha de observar que cada conductor siempre conecte en el mismo terminal ejemplo 4 (verd/blanco). Dependiendo del tipo de bus elegido (existen cuatro configuraciones), deberán terminarse los extremos no conectados al TR1 con resistencias de 100 ohms. A continuación vemos las cuatro topologias

Lt ROSETA DERIVACIÓN TERMINACIÓN

ROS ETA INICIO

RJ 45 LATIGUILLO

RJ 45

Ll2

RJ45

TR 1

R (0)

R (1) LATIGUILLO RJ45

Ll1 Resistencia de terminación 100 ohms Lt = 400 a 1000 mts, (según clase cable UTP) Ll1 = Latiguillo RJ45 de 70 cms. max.

ET (1)

220 V AC GND

Ll2 = Latiguillo RJ45 de 700 cms. max.

MONTAJE PUNTO A PUNTO posibles de este bus.

Lt2

Ll

Lt1

ROSETA DERIVACIÓN TERMINACIÓN

ROSETA DERIVACIÓN

ROSETA DERIVACIÓN

RJ 45

RJ 45

RJ 45

R (m) LATIGUILLO RJ45

ET (n)

R (2)

ROSETA INICIO

RJ 45 LATIGUILLO RJ45

R (1)

TR 1

R (0)

LATIGUILLO RJ45

ET (1)

Resistencia de terminación 100 ohms Lt1 = 400 a 850 mts, (según clase cable UTP) Lt2 = 25 a 50 mts, (según clase cable UTP) Ll = Latiguillo RJ45 de 70 cms. max. m = número de rosetas (max. 5). n = número de terminales (max . 4).

220 V AC GND

BUS PASIVO EXTENDIDO TR 1 SOLO EN EXTREMO

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Lt

Ll

ROSETA DERIVACIÓN TERMINACIÓN

ROSETA DERIVACIÓN

ROSETA DERIVACIÓN

RJ 45

RJ 45

RJ 45

R (2)

R (m)

ROSETA INICIO

RJ 45 LATIGUILLO RJ45

R (1)

LATIGUILLO RJ45

TR 1

R (0)

LATIGUILLO RJ45

ET (n)

ET (1)

Resistencia de terminación 100 ohms Lt = 100 a 200 mts, (según clase cable UTP) Ll = Latiguillo RJ45 de 70 cms. max. m = número de rosetas (max. 10). n = número de terminales (max. 8).

220 V AC GND

BUS PASIVO CORTO CON TR1 EN EL EXTREMO Lt1

Ll

ROSETA DERIVACIÓN TERMINACIÓN

ROSETA DERIVACIÓN

ROSETA DERIVACIÓN

RJ 45

RJ 45

RJ 45

R (2)

R (1)

ROSETA INICIO

RJ 45 LATIGUILLO RJ45

R (d)

LATIGUILLO RJ45

LATIGUILLO RJ45

ET (1)

TR 1

R (0)

Sin R.termina.

100 ohm.

ET (d)

220 V AC GND

Lt2 ROSETA DERIVACIÓN TERMINACIÓN

ROSETA DERIVACIÓN

ROSETA DERIVACIÓN

RJ 45

RJ 45

RJ 45

R (m) LATIGUILLO RJ45

ET (n)

R (f)

R (e) LATIGUILLO RJ45

Resistencia de terminación 100 ohms Lt1+Lt2 = 100 a 200 mts, (según clase cable UTP) Ll = Latiguillo RJ45 de 70 cms. max. m = número de rosetas (max. 10). n = número de terminales (max. 8).

ET (e)

BUS PASIVO CORTO CON TR1 INTERMEDIO

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El interface S como ya se ha dicho esta compuesto por dos pares entrelazados, el par conectado a las bornas 3-6 es utilizado por el TR1 para recepción y el conectado en 4-5 para emisión, siendo a la inversa desde el punto de vista de los términales, es por tanto una comunicación a 4 hilos siendo la comunicación en cada par del tipo unidireccional y para el conjunto de tipo bidireccional.

El TR1 proporciona o realiza las siguientes funciones sobre el interface S: Temporización de bit: Proporciona una señal de reloj de 96 Khz (flujo de 192Kb/s).

Temporización de octeto: Proporciona una señal sincroniza con la anterior a 8 Khz. Alineación de trama: Proporciona codigos de alineación de trama para la multiplexación de información.

Función de canal B: Soporta la transmisión bidireccional 4 hilos de dos canales independientes a 64Kb/s.

Función de canal D: Soporta la transmisión bidireccional a 4 hilos de un canal independiente a 16 Kb/s.

Función de acceso al canal D: Ordena el acceso de los terminales al canal D común (El acceso inicial se realiza por contienda, y en caso de colisión retardos aleatorios).

Desactivación: Permite que los terminales pasen a bajo consumo en ausencia de tráfico.

Activación: Retorna a condiciones normales a los terminales puestos a bajo consumo, en caso de tráfico.

El interface U en este acceso esta compuesto a nivel físico por un par de cobre trenzado con una longitud máxima de 1000 m., la resistencia del bucle debe ser menor a 1200 ohm y con una atenuación max. de 32 db a 40 Khz para Alcatel y de 36 db a 40 Khz para AXE y 5ESS. El TR1 debera realizar las siguientes funciones sobre el interface U: Recuperación de señal de reloj y generación de sincronismos: Extrae la señales de reloj y temporizacion procedentes de la transmisiones desde TL en la central, y las adapta y transmite hacia el interface S. Generación de palabras de sincronismo de trama: Genera y ensambla la palabra de sincronización de trama en la trama saliente.

Capacidad de transmisión digital: Produce y controla un flujo de datos digitales de 160 Kb/scon codificación de linea según tipo de central RDSI. Los 160 Kb/s se componen por la multiplexión en tiempo de dos canales B de 64 Kb/s, mas un canal D de 16 Kb/s, mas 16 Kb/s para mantenimiento y sincronización.

Activación/desactivación: Detecta y ejecuta las ordenes de paso a bajo consumo y viceversa intercambiadas con TL. Detección de errores de trama: Detecta y desencadena los mecanismos de activación/desactivación de señales de alarma y de realineación de tramas intercambiadas con TL en la central.

Canal de mantenimiento: Mantenimiento de un canal CL dentro de la trama para intercambiar órdenes, indicaciones, informaciones y alarmas con TL.

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8.2.5.- El acceso Primario.

En este acceso el operador facilita al abonado 30 canales del tipo B y 1 canal tipo D de 64 Kb/s. La configuración de referencia aparece en el gráfico siguiente y en ella hay que resaltar que el interface U tendrá como medio de transmisión un cable coaxial o incluso una fibra óptica. Este tipo de acceso está pensado para

LOCAL ABONADO ET1 PC conex. RDSI ET1 Telf. RDSI

CEN TRAL RDSI

ET1 fax grup.IV

S bus pasivo ET1 ET1 PC conex. RDSI Telf. RDSI

T

TR2

ET1 fax grup.IV

V

S bus pasivo

R

ET2 fax grup.III

AT

R ET2 Telf. Analog.

S

AT

R

ET2 fax grup.III

AT

S

R

TR1 AT

U

TL1

coaxial

ET2 Telf. Analog.

ACCESO PRIMARIO 30B + D (64Kb/s) grandes clientes con muchas necesidades de circuitos de voz o concentración de tráficos de datos para LAN's.

Con este tipo de acceso, el abonado puede cursar simultaneamente hasta treinta y una comunicaciones, treinta de ellas en modo circuito sobre los canales B y una en modo paquete sobre el canal D. Los elementos reales que encontramos en una instalación de este tipo, tampoco obedecen exactamente a la distribución física mostrada en el gráfico anterior, aún cuando se atienen a las conexiones representadas.

Los equipos denominado TR1 y TR2, en la práctica se encuentran integrados dentro de una PABX ISDN ó ISPBX (Central privada para RDSI), que además contiene al punto de referencia T (accesible internamente), varios punto de referencia S (accesible mediante RJ45), varios puntos de interface R mediante adaptadores de terminales AT internos (accesibles mediante RJ45), y una fuente de alimentación para dar soporte a los equipos conectados en la red del usuario y quedando integrados en un solo equipo. Opcionalmente las PABX pueden incorporar muchos tipos de funciones y servicios hasta un grado de complejidad similar a las centrales públicas.

Los interface S en este acceso puden ser múltiples y toman la forma del ya mencionado bus pasivo.

El interface U en este acceso esta compuesto a nivel físico por una conexión a cuatro hilos dos circuitos, uno de transmisión y otro de recepción ambos a 2 Mb/s, quedando de parte del operador el soporte físico a elegir, así, podemos encontrar conexiones con 2 pares de cobre entrelazados y modems HDSL en sus extremos, dos cables coaxiales bien a 75ohms bien a 120 ohms, y en algunos casos una fibra óptica. Todas estas posibilidades expuestas son convertidas antes de entrar al TR1 a G.703. En España la compañia Telefónica requiere del abonado el tipo de equipo que se va a conectar ( ISPBX, Servidores de comunicaciones de datos, etc..).

El TR1, realiza las mismas funciones ya nombradas sobre el interface U, a excepción de las funciones de activación /desactivación, por tanto en este enlace siempre hay intercambio de tramas, y en ellas se mantienen 30 canales B de datos a 64 Kb/s., 1 canal D de señalización a 64 Kb/s, mas un canal a 64 Kb/s para alineamiento y control de trama, constituyendose en total un MIC básico a 2 Mb/s en Europa.

En la norma americana el MIC formado es de 1,5 Mb/s compuesto por 23 B + D + alineamiento y control. En esta norma los canales B pueden ser de 56 Kb/s.

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8.2.6.- Los servicios de la RDSI de banda estrecha.Los servicios de telecomunicaciones ofrecidos por la RDSI BE se divide en 2 categorías básicas, atendiendo al transporte de información por la red para un uso externo a la misma o bien a la petición de facilidades de control de la propia red. Los primeros se denominan servicios básicos ó portadores y los segundos servicios suplementarios. Dada la facilidad de conexiones digitales extremo a extremo sobre canales B es posible crear ademas un tercer nivel llamado teleservicios o servicios de valor añadido, que pueden ser creados o servidos por empresas o grupos externos a la RDSI y que se apoyan en esta.

Servicios Portadores.- Estos permiten acceder al intercambio de información entre abonados usando para ello unas interfaces normalizadas. Como ya se ha visto los intercambios en las redes públicas han sido soportados mediante conmutación de circuitos y conmutación de paquetes, por tanto se ofrecen servicios portadores dirigidos a estas dos formas de intercambio de datos. Los primeros están indicados en telecomunicaciones en tiempo real donde los retrasos son críticos, pueden ser bidireccionales o unidireccionales y los segundos establecidos para el intercambio de datos de flujo irregular, donde el tiempo de retardo no supone pérdidas de información.

Servicios portadores de 64 Kb/s en modo circuito: 1) Servicio portador a 64 Kb/s sin restricciones.- Es un servicio de transferencia digital sincrono transparente extremo a extremo, con garantía de integridad digital bit a bit. Los dos extremos de la comunicación deben ser terminales RDSI, debiendo estos implementar los protocolos de enlace, red, etc...

La red internamente no puede utilizar equipos de procesamiento de señal que alteren la secuencia de bit, sus aplicaciones típicas son las transferencias de datos digitales a 64 Kb/s (Enlaces de redes privadas, Fax grupo IV, etc...).

2) Servicio portador a 64 Kb/s para conversación.- Es un servicio para banda de voz con origen y destino en terminales de la RDSI. Las conversiones analógico/digitales se realizan mediante la ley A y el transporte interno en la red puede cursarse tanto por circuitos digitales como analógicos, estando permitido por tanto el uso de equipos procesadores de señal como canceladores de eco, etc..

3) Servicio portador a 64 Kb/s para audio a 3,1 Khz.- Es un servicio para comunicaciones en banda de voz con un origen o destino en terminales de la Red Telefónica Básica y el otro terminal en RDSI. Este servicio garantiza el acceso desde/hacia la RDSI por las redes clásicas de telefonía de ámbito mundial. En este servicio se permite la codificación digital mediante ley A y el procesamiento siempre que se conserve la integridad espectral de la señal original.

Servicios portadores en modo paquete: 1) Servicio portador a 9,6 Kb/s en modo circuito permanente para X.25.- Es el servicio para transferencia de datos a través de la red de conmutación de paquetes (Iberpac), se realiza sobre el canal D en formato X.25. En España solo se le comercializa a grandes clientes, tiende a desaparecer al montar estos clientes, protocolos de mas velocidad y aprovechar los canales B de 64 Kb/s sin restricciones.

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Servicios suplementarios.- Son servicios implantados en la propia red y en los terminales, que aportan informaciones adicionales a los procesos de comunicación, aún cuando ellos no pueden ser considerados por si mismo comunicaciones, se apoyan en las facilidades de control y señalización dadas por la SCC Nº 7. Entre los mas usuales citaremos algunos: Presentación de la identificación del terminal llamante.(CLIP) Restricción de la identificación del terminal llamante.(CLIR) Presentación de la identificación del terminal conectado.(COLP) Restricción de la identificación del terminal conectado.(COLR) Presentación de la identificación de subdirección del terminal llamante o conectado.(SUB) Selección directa de extensiones en fase de marcación.(DDI) Asignación de múltiples números de abonado.(MSN) Indicación de llamada en espera.(CW) Linea directa sin marcación.

Conferencia a tres ó multiconferencia.

Información de la tarificación.(AOC) Cambio de terminal con comunicación activa.(TP) Señalización de terminal a terminal.(UUS) Desvío de llamadas.(CFU) Establecimiento de grupo cerrado de terminales.(CUG) Establecimiento de grupo de salto en llamadas entrantes.

Establecimiento de servicios para grupos ISPBX.(ISPBX) Estos servicios no forman parte del teleservicio de telefonía, para usarlos deben contratarse de forma complementaria a este, por tanto se facturaran en conceptos distintos. Como ejemplo observamos el denominado DOMO, en si esta nomenclatura no define a un tipo de terminal distinto, sino a un paquete compuesto por un acceso 1B+1D, un terminal que implemente señalización RDSI, el teleservicio de telefonía, y los servicios suplementarios CLIP, CW, CFU. Los teleservicios.- Estos son los tipos de comunicaciones que perciben los usuarios directamente, así encontramos todos los servicios anteriores, voz a 4Khz y transferencia de paquetes X.25, ademas aparecen nuevos servicios apoyados sobretodo en servicios portadores de N x 64Kb/s. Los teleservicios no solo definen al servicio portador a utilizar, también suelen implementar en los terminales dedicados, los protocolos superiores del nivel OSI, estos teleservicios pueden ser proporcionados bien por los operadores de la red, bien por otras empresas que aprovechan el soporte de la R.D.S.I., calificándose también a estos servicios como de valor añadido, entre los mas conocidos citamos: Telefonía mejorada (Superior a 4 Khz), Teletexto, Videotexto, Fax grupos I a IV, Telecompra, Videoconferencia, Acceso redes IP (Internet, Intranet), Teleacciones (Televigilancia, Telemando, Telemetría), Teletrabajo, Telemedicina, etc...

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8.2.7.- La señalización en la R.D.S.I..La señalización en la RDSI se constituye e implementa sobre los protocolos RDSI, estos protocolos se constituyen con arreglo al modelo OSI, y varían según el canal de comunicación utilizado conforme al siguiente gráfico. Los protocolos de enlace y red como se puede apreciar solo están definidos en el canal D.

canal B

modelo OSI

canal D

Aplicación Presentación Sesión Transporte

I.430 I.431 BRI PRI

Red

Q.931 ó X.25

Enlace

Q.921(LAPD)

Físico

I.430 I.431 BRI PRI

Los protocolos de capa o nivel 1 (Físico) definen las señales digitales, medios de transmisión, conectores, códigos digitales y tramas. En el nivel 2 (Enlace) se definen los métodos para garantizar una conexión segura y libre de errores sobre la conexión física, haciendo posible la conexión lógica del usuario a la red. La capa 3 (Red) define el formato y los mensajes que se intercambian los elementos de la red y los usuarios. los protocolos de canal D se definen hasta el nivel 3 (red) y son: Nivel 1.- Recomendaciones I.430 (BRI - acceso básico ) e I431 (PRI - acceso primario ). En estas se define la conexión como síncrona, serie y dúplex; para ello las señales de los canales B y D se multiplexan juntas sobre una sola conexión y en la misma trama física. En el caso de la I.430 la señal sobre el interface U (par de abonado) es dúplex a 192 Kb/s, obteniéndose cada trama en la dirección de recepción por diferencia con la trama de emisión, los códigos empleados son tipo 4B3T o 2B1Q. Sobre el interface S (bus pasivo) existen dos conexiones unidireccionales cada una con una trama en cada sentido con código pseudoternario a 192 Kb/s. En el caso de la I.431 es de aplicación este último modelo también sobre el interface U con las salvedades contempladas anteriormente a 2Mb/s.

Nivel 2.- Recomendación Q.921, llamado protocolo LAPD y que es una extensión del LAPB de X.25, con una mayor capacidad de direccionamiento multipunto, en si se constituye como una trama lógica de paquetes de longitud variable y formato fijo sobre el canal D, con información de control sobre el estado del enlace a nivel físico y de trama.

Nivel 3.- Recomendación Q.931, genera e interpreta los mensajes que se intercambian entre los usuarios y la red para establecer, controlar/mantener, y liberar las conexiones a través de la RDSI, mediante estos mensajes se soportan los servicios suplementarios. Opcionalmente puede utilizarse como capa 3 el protocolo X.25 para trafico normalizado de paquetes sobre el canal D. En los gráficos siguientes podemos ver la trama física de nivel 1 y la trama lógica de nivel 2 sobre el canal D.

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se copia

se copia

se copia

se copia

16 bits

Contiene la dirección de capa 2: SAPI.- Tipo de información en canal D. TEI.- Identificador del ET.

Control

8 ó 16 bits

Mensajes de capa 3: Constituido por un número indeterminado de octetos que forman el mensaje de capa 3 (Q.931) ó (X.25).

Información

variable hasta un máx. 260 bytes

Control de trama de capa 2: Tipo trama.- "U"; "I"; "S".

Nº Ident. Secuencial.Solo en tramas "I".

Control enlace.- Confirm., repet., dispo. recep., solic. trans., etc.

Flag Dirección

8 bits

F.C.S.

16 bits

Flag

8 bits

Secuencia de verificación de trama: Código que permite verificar si los bits recibidos en la trama son correctos.

N- valor binario inverso a Fa Bn- bit dato canal Bn A- activación del bus S M- alineación de multitrama S- Sin uso específico

FORMATO DE TRAMA DE CAPA 2

F- alineación de trama Fa- alineación de trama auxiliar L- equilibrado en C.C. D- bit dato canal D E- bit eco dato canal D

D L F L B1B1B1B1B1B1B1B1 L D L Fa N B2B2B2B2B2B2B2B2 L D M B1B1B1B1B1B1B1B1 L D L B2B2B2B2B2B2B2B2 L D L F L

2 bits

D L F L B1B1B1B1B1B1B1B1 E D A Fa N B2B2B2B2B2B2B2B2 E D M B1B1B1B1B1B1B1B1 E D S B2B2B2B2B2B2B2B2 E D L F L

48 bits / 250 mseg.

TRAMA DE CAPA 1 CON SEÑAL PSEUDOTERNARIA

TE a TR1

trama desde

TR1 a TE

trama desde

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Formato de mensajes Nivel 3 Discriminador de protocolo 1 octeto Referencia de llamada 2 octetos Tipo de mensaje 1 octeto Elemento de información -1n octetos

Campo obligatorio, en España (Q.931) Referencia para identificar cada mensaje con una comunicación específica de entre todas las establecidas en cada momento en un ET. En una comunicación existen 3 fases, (Establecimiento, Activa y Liberación), cada una con distintos tipos de mensajes.: Algunos tipos de elementos de información

Elemento de información -Nm octetos

Formato general elementos inf.

Tipo de elemento Longitud contenido de información

Compatibilidad capa alta Compatibilidad capa baja Capacidad portadora Envio Completo Identificador de progreso Indicador de progreso Número llamado Número llamante Subdirección llamada Subdirección llamante Teclado / Facilidad Usuario usuario Visualización

Número llamado Longitud 6 byte Plan de numeración

Capacidad Portadora Longitud 2 byte Tipo servicio Circuitos-Paquetes X.25

- voz - datos 3,1Khz modem - digital no restringido

8 6

7 4

4 3

6 9

Present. permitida o nº en lado llamado

Cifras

Compatibilidad. capa alta Longitud 1 byte Tipo teleservicio

- fax grupo 2/3 (modem) - fax grupo 4 (64 Kb/s) - telefonía - teletex - videotex - etc...

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Señalización interna en la RDSI.- Como hemos visto, los terminales de los usuarios envían y reciben señalización hacia el nodo de red RDSI mediante los protocolos expuestos, pero cabe preguntarse: ¿estos protocolos son los mismos que usan los nodos de la red RDSI para señalizar entre ellos o para transportar los mensajes entre los terminales de los usuarios?. Como ya se mencionó, la RDSI absorbió a la red de señalización por canal común SCC Nº7, siendo éste, por tanto, el protocolo usado.

D D D

RED SCC 7

D D D

SCC 7

SCC 7 P P P

P P P

RED X.25

Q.931/x.25 LA PD

x.25/Q.931 LA PD

I430/431

I430/431 B B B

B B B D B B

B B D

RDSI

Q.931/x.25

Q.931/x.25

LAPD

I430/431

LAPD B B D

D B B

I430/431

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8.3.- La RDSI de banda ancha (B-ISDN).

Como ya se ha comentado, la RDSI BA nace para resolver los problemas de colapso, que se prevén en las redes de comunicación a medio plazo para velocidades superiores a los 2 Mb/s. En un principio se penso en mejorar e incrementar las tecnologías basadas en tramas síncronas como las utilizadas en la RDSI BE; pronto se vio como en la actualidad el tráfico de datos tendía a ser aleatorio en velocidad y duración, es decir, se producen ráfagas de datos variables constantemente en la cantidad de información transportada y en la duración de las mismas. Ante esta perspectiva se llega a la conclusión de que el sistema mas apropiado no sería un sistema síncrono, donde el flujo de datos es constante y regular en duración, produciendo un desperdicio enorme del ancho de banda. La solución tomada por el ITU-T en 1988, le lleva a adoptar al ATM (Asynchronous Transfer Mode / Modo de transferencia asíncrono) como la tenología de conmutación idónea para la red WAN de alta velocidad, que conformará posteriormente a la RDSI BA. El ATM puede implementarse en el nivel físico de transporte sobre tres modelos diferentes: 1º).- La transmisión directa de las secuencias de paquetes sobre el medio físico, es el método nativo utilizado por ATM, para hacerlo efectivo se deberá incluir información de delimitación y sincronización adicional de los paquetes.

2º).- El agrupamiento e inserción de los paquetes ATM sobre tramas plesiócronas que incluyen funciones de sincronización y alineamiento (JDP).

3º).- El agrupamiento e inserción de los paquetes ATM sobre estructuras de tramas síncronas llamadas MTS propias de las jerarquías digitales mas recientes (JDS) y que como ya se ha visto aportan gran facilidad para el control de los paquetes transportados y flexibilidad ante el cambio de la velocidad de los flujos.

Este tercer modelo fue el elegido por el ITU-T para dar soporte físico a la red de transporte de RDSI BA. Resumiendo podemos decir que la RDSI BA es la suma de tres desarrollos.

La RDSI BE como modelo de referencia a nivel estructural de definición de servicios y estructuras transparentes de accesos para usuarios, y mantenimiento de la señalización del nivel de red (Capa 3 ISO), utilizando para ello el protocolo Q.2931 adaptación del Q.931 de la RDSI BE. El ATM como tecnología de conmutación orientada a la conexión en alta velocidad.

La JDS como tecnología de transporte en la capa física de la red.

8.3.1.- Introducción a la tecnología ATM. ATM lo podemos considerar como una tecnología de conmutación de paquetes a alta velocidad con algunas características especiales que le confieren su versatilidad: a).- Los paquetes transportados, llamados células ATM, son de tamaño constante con 53 bytes de contenido, por lo tanto, las podemos considerar como pequeñas. Se dividen en dos partes llamadas: cabecera (Header) compuesta por los 5 bytes iniciales y carga útil (Payload) formada por los 48 bytes restantes. b).- Es una tecnología de naturaleza conmutada y orientada a la conexión, aún cuando puede soportar servicios de conmutación sin conexión. c).- Los nodos de conmutación que componen la red, y utilizan el interface denominado NNI (Node Network Interface), solo controlan errores sobre la cabecera de la células y solo se realizan controles del flujo de datos, en los nodos terminales que utilizan el interface de conexión de usuarios llamado UNI (User Network Interface) d).- La cabecera de las células tiene una funcionalidad limitada, compensada por su simplicidad que permite que sean conmutadas por hardware

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La arquitectura de ATM está desarrollada sobre un modelo dividido en tres capas o niveles, estos niveles rellenan la capa 1 y parte de la capa 2 del modelo OSI. - Nivel de adaptación a ATM ó AAL (ATM Adaption Layer).

- Nivel de transferencias en modo asíncrono ó simplemente ATM (Asynchronous Transfer Mode).

- Nivel de transporte físico ó PL (Physical Layer).

Nivel AAL

Nivel Físico

Nivel ATM

Nativo

AAL1

48 bytes

AAL2

5 bytes

48 bytes

5 byt es

48 bytes

5 bytes

48 bytes

5 bytes

JDP

AAL3 JDS

AAL4 payload 48 bytes

48 bytes

5 bytes

48 bytes

5 bytes

48 bytes

5 bytes

48 bytes

5 bytes

48 bytes

5 bytes

48 bytes

5 bytes

48 bytes

5 bytes

48 bytes

5 bytes

48 bytes

5 bytes

48 bytes

5 bytes

48 bytes

5 bytes

48 bytes

5 bytes

payload / header 48 bytes

5 bytes

La capa de adaptación a ATM.- Es la encargada de segmentar / reconstruir los flujos de datos procedentes de los equipos terminales de datos no ATM, conservando las velocidades aparentes de los flujos de estos, generando cargas útiles homogéneas de 48 bytes de capacidad. En esta capa se han definido cuatro niveles de adaptación en función de la tipología de los terminales de datos.

Así mismo, el nivel AAL es el encargado de proporcionar los servicios portadores en función del tipo de telecomunicación, para ello se han definido los siguientes, denominados como básicos: Clase A.- Orientado a conexión, con velocidad de acceso constante, bidireccional, sincronizado entre los terminales usuarios y emulación de circuito.

Clase B.- Orientado a conexión, con velocidad de acceso variable, bidireccional o unidireccional, sincronizado entre los terminales usuarios que permita apariencia de tiempo real y emulación de circuito.

Clase C.- Orientado a conexión, con velocidad de acceso variable, bidireccional o unidireccional, no sincronizada e insensible al retardo y no emula circuito.

Clase D.- No orientado a conexión, con velocidad de acceso variable, unidireccional, no sincronizada e insensible al retraso y emula modo datagrama de red de paquetes.

Actualmente algunas compañías y operadores, ofrecen otros dos tipos que finalmente son soportado por los anteriores: Clase Y.- Servicio de negociación de parámetros en función de la naturaleza de la información en cada transmisión.

Clase X.- Servicio de transferencia sin garantías de velocidad mínima, ni de retardos máximos.

Cada uno de los servicios básicos nombrados, supone la aceptación por la red, del mantenimiento durante la duración de dicho servicios, de unos parámetros mínimos o máximos que definen la calidad de dicho servicio denominada (QoS) Quality of Service. Los parámetros que conforman la calidad del servicio se ofrecen en la tabla siguiente:

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Nivel AAL CLASE Relación terminales Velocidad acceso Modo conexión Velocidad de pico Velocidad media Tamaño ráfaga Retardo medio Retardo máximo Control de pérdidas Control de errores Teleservicios

NOTAS Tipos AAL

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AAL 1 AAL 2 A B SINCRO NIZADA CONSTANTE

AAL 3/4 AAL 5 C D NO SINCR ONIZADA VARIABLE

ORIENTADO A CONEXIÓN

SIN CONEXIÓN

SI

SI

S I

-------

SI

S I

-------

-------

S I

-------

-------

S I

SI

SI

SI

SI

SI

SI

----

----

Difusión sonido Difusión TV Video bajo demanda

X.25 Frame relay TCP/IP WWW

Emulación de LAN Internet Intranet privada

Circ. punto a punto Telefonía voz Videoconferencia * Velocidad fija * Los errores se detectan pero no se recuperan

----

---S I

* Velocidad variable * Las pérdidas de *Mejoras sobre * Los errores se células se detectan y se tipos 3/4 reduciendo detectan pero no se recuperan.. la cabecera y recuperan * unificación antiguos optimizando la tipos AAL3 y AAL4 detección de errores

El nivel ATM.- Es el verdadero núcleo de esta tecnología, siendo sus funciones principales la inserción /extracción de las cabeceras de las células ATM, el rutado de las mismas entre los nodos de la red y la multiplexión/demultiplexión de estas. Para hacer posible estas labores se definen dos tipos de interface distintos, el llamado UNI (User Network Interface) y el denominado NNI (Network Node Interface), el primero es el encargado de recibir/entregar los segmentos de 48 bits desde/hacia los niveles AAL (x), añadiendo/eliminando la cabecera ATM necesaria para el rutado en la red, y multiplexar/demultiplexar los flujos de células ATM así formadas hacia/desde los nodos de conmutación de la red. El interface NNI regula los intercambios de flujos de células en el interior de la red ATM, alterando las cabeceras de las mismas con la información de trazado y controlando los errores de éstas en los nodos de conmutación, haciendo posible el rutado de las mismas.

Los trasvases de células entre dos accesos a la red, se realizan mediante dos conceptos propios de esta tecnología, llamados, Rutas Virtuales (VP- Virtual Path) y Canales Virtuales (VC- Virtual Channel). De una forma simple podemos decir que en el establecimiento de una comunicación entre dos accesos, la red resuelve, genera y reserva los recursos necesarios para realizar dicho trasvase con las calidades de servicio necesarias, construyendo el camino adecuado entre los nodos de conmutación de la red.

Al iniciarse una comunicación entre dos accesos de usuarios, a ésta se le asignan dos caminos descriptivos en el interior de la red, los denominados ruta virtual y canal virtual.

Las rutas virtuales pueden ser de dos tipos, permanentes y conmutadas, las primeras existen con anterioridad a las comunicaciones de los usuarios, las segundas se resuelven y constituyen de forma dinámica al establecerse las comunicaciones y desaparecen al terminar estas. Las rutas virtuales las podemos definir como los conjuntos de tráficos de celdas pertenecientes a distintas comunicaciones entre dos nodos de conmutación de la red, siendo cada uno de estos tráficos, el canal virtual por donde circulan los datos de una sola comunicación en forma unidireccional.

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Nivel de Medio Físico

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Las rutas virtuales conmutadas, se constituyen de forma dinámica entre los dos extremos de la red ATM que ocupan los terminales usuarios, soportando ésta ruta todos los canales virtuales necesarios para cursar las comunicaciones entre estos terminales. En este caso los nodos internos de la red, solo deberán conmutar rutas virtuales, pues al ser conmutada la ruta, lo son todos sus canales asociados, siendo homogénea la información por compartir los terminales de origen y destino finales.

Red A TM con Rutas Vir tuales Conmutadas Nodos ATM con conmutación a nivel Ruta virtual

UNI Nodo ATM con conmutación a nivel de ruta virtual

NNI

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NNI

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En el caso de las rutas virtuales permanentes, los canales virtuales asociados a cada comunicación, deberán ser conmutados de una a otras rutas entre nodos internos, hasta alcanzar el terminal de destino. Parece evidente que los nodos de conmutación en las redes ATM con este tipo de rutas virtuales, deberán poseer la capacidad de conmutar rutas y canales. Éste tipo de rutas se suelen establecer entre troncales de una red.

Con los siguientes gráficos pretendemos explicitar un poco mejor las ideas expuestas.

Red A TM con Rutas Vir tuales Permanen tes Nodos ATM con conmutación a nivel Canal virtual

Nodo ATM con conmutación a nivel de canal virtual

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Troncal

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Troncal

NNI

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Troncal

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El Nivel Físico.- Es el encargado de la conformación, control y transporte de las señales a través de los medios de transmisión, para ello se divide en dos subniveles: a).- Subnivel de convergencia de transmisión, que realiza la adaptación en velocidad y formato para acomodar las células válidas al sistema de transporte elegido, y la función inversa para las recibida desde éste. b).- Subnivel de transporte, es el encargado proporcionar los flujos de señales, las estructuras de datos, los sincronismos, los mecanismos de comprobación de calidad de las señales y los medios de transporte.

Como ya se comento, ATM puede ser soportado por varias tecnologías de transporte. Al ser ATM una tecnología diseñada para tráficos de alta y muy alta velocidad, parece, que su empleo estará indicado en la realización de redes de tipo metropolitano (MAN) o de área extensa (WAN), que son aquellas que empiezan a tener flujos de la entidad necesaria para hacer rentable su instalación. Las tecnologías de transporte empleadas en este tipo de redes han sido tradicionalmente las empleadas por los operadores públicos de telecomunicaciones, siendo por ello la JDP y JDS; al ser la JDP la mas antigua y menos eficiente, se tiende a redes JDS para el transporte de células ATM sobre estructuras MTS N.

8.3.2.-Estructura general de RDSI BA.La Configuración de referencia.- El CCITT define en su norma I.411 los grupos funcionales y los puntos de referencia para la RDSI BA. Esencialmente son iguales a los establecidos para la RDSI BE con ligeras modificaciones, incorporando la "B" como prefijo en los primeros, y la "b" como sufijo en los segundos.

En el gráfico siguiente podemos apreciar el modelo de referencia, que contiene los grupos funcionales y los puntos de referencia.

Rb

Sb B-ET1

B-ET2

Tb B-TR2

Ub B-TR1

B-TL

B-AT

La Señalización en la RDSI BA.- El ITU-T (antes CCITT) conserva el concepto de una subred independiente para la señalización y basada en SCC Nº7, para ello revisa algunos conceptos para adaptarlos a la tecnología ATM y así define el estándar Q.2931, basado en el Q.931 empleado en la RDSI BE..

Fundamentalmente se establecen dos diferencias muy importantes con respecto al estándar Q.931: a) En la nueva señalización no existen los canales D como canal común para la señalización de todos los terminales del acceso de usuario. En su lugar se asigna un canal virtual independiente para cada terminal de usuario, con la capacidad necesaria para dar soporte al tipo de comunicaciones que se establezcan en cada momento de forma dinámica. b) En la señalización no se negocia la ocupación o asignación de canales B, en cambio se negocia la asignación de un canal y ruta virtual que proporcione una conexión virtual extremo a extremo con sus correspondientes parámetros QoS. Resumiendo todo lo expuesto, en el siguiente gráfico podemos ver una aproximación al modelo final de la futura RDSI BA.

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9.- TELEFONÍA MÓVIL. 9.1.- Telecomunicaciones móviles. (Definición) En general denominamos telecomunicaciones móviles, a los intercambios de información que se realizan entre terminales (ETD), donde al menos uno de ellos no ocupa una posición fija en el espacio. Dada ésta última condición de movilidad espacial, en general, no será posible que dichos terminales puedan utilizar un medio de transmisión confinado, de uso controlado y restringido.

Por lo expuesto, en general las telecomunicaciones móviles se materializarán como radiocomunicaciones, donde se emplearán medios de transmisión de tipo no confinado, de uso público aunque restringido legalmente. La regulación internacional de los servicios de radiocomunicaciones le corresponde al ITU-R (Unión Internacional de Telecomunicaciones - División de Radiocomunicaciones). Este organismo define estos servicios móviles en tres clases diferentes, atendiendo a la ubicación de los terminales móviles sobre la superficie terrestre: *.- Servicio móvil terrestre. *.- Servicio móvil marítimo. *.- Servicio móvil aeronáutico.

Estos servicios pueden ser cubiertos por medios técnicos situados en la superficie terrestre o bien con medios situados en el espacio (satélites), en el primero de los casos hablaremos de sistemas de radiocomunicaciones terrenos y en el segundo de sistemas espaciales o de satélite.

Dada la obligatoriedad de la utilización de sistemas de transmisión radioeléctrica sobre medios no confinados, vamos a dedicar los siguientes apartados al estudio de las particularidades de los mismos.

9.2.- Introducción a las radiocomunicaciones.

9.2.1.- Ondas radioeléctricas, definición y propiedades.

Llamamos ondas radioeléctricas, a una forma de la energía que se dispersa en forma radiante mediante ondas transversales senoidales (en su forma mas simple), en todas direcciones.

DISPERSIÓN DE UNA ONDA ELECTROMAGNÉTICA

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Como se puede observar en el gráfico, la energía radiante se va dispersando a medida que se aleja del punto de origen en todas las direcciones del espacio. En la práctica el origen radiante será un elemento llamado antena o dipolo, cuyas formas y dimensiones modificarán apreciablemente, la forma esférica ideal representada, produciendo otras formas espaciales, como formas toroidales o cónicas.

Si en determinado momento pudiéramos congelar una de las superficies esféricas energéticas formadas en el gráfico anterior, observaríamos que la energía se radia en forma de líneas de fuerza, de naturaleza magnética y eléctrica, la observación mas detallada permite apreciar como estas lineas, se entrecruzan con trayectorias perpendiculares, es decir giradas unas respecto de las otras 90º, tal como se observa en el gráfico siguiente.

Origen de radiación Superficie de dispersión radiante equipotencial

lineas de fuerza MAGNÉTICAS

lineas de fuerza ELÉCTRICAS

La superficie equipotencial mostrada en la anterior figura, se denomina frente de ondas y en general para un campo electromagnético en el vacío, se aleja del origen con una velocidad constante, igual a la velocidad de la luz (300000 Km/s). La energía total de un frente de ondas, al alejarse, se va dispersando, al incrementárse la superficie sobre la cual deja sentir sus efectos. Para medir dicha energía en un punto del frente de ondas, se emplea un parámetro denominado intensidad de campo. El comportamiento de estos campos y su propagación será objeto de un estudio mas detallado en Sistemas de Radio y Televisión.

La generación de energía electromagnética, se realiza mediante la aplicación de una corriente eléctrica variable, a un dispositivo llamado antena o dipolo y es un proceso reversible, es decir, la aplicación de energía electromagnética variable a una antena o dipolo generará en éste, energía eléctrica igualmente variable.

Con lo explicado en este último párrafo, podemos ver que una información (variación de alguna magnitud), es transformada en variaciones eléctricas, y si éstas las aplicamos a una antena, se generará campo electromagnético variable en la proporción de la información original. Si tras el desplazamiento por el espacio de esta onda radiante, colocamos una antena, en ella, aparecerán variaciones eléctricas susceptibles de volver a ser transformadas en la información original. Todo este proceso y su control lo denominamos, de forma genérica, el interface radio.

Las radiaciones electromagnéticas son campos de ondas y como tales, se caracterizan por los mismos parámetros que ellas.

Frecuencia.- Es tal la importancia de este parámetro, que la energía electromagnética radiada, también recibe el nombre de energía de radiofrecuencia. Las radiofrecuencias que se pueden utilizar dentro de un interface radio, se encuentran comprendidas en un amplio margen en frecuencia, que va desde los 3Khz hasta los 300 Ghz. Como podemos deducir, ésta banda denominada de forma genérica radiofrecuencia, es tan amplia que las características y comportamientos de las ondas comprendidas en ella, es muy distinto de un extremo a otro de la banda, dividiéndose en subbandas con características similares. Así, por ejemplo, encontramos la MF (Medium Frecuency / Frecuencia Media ) que comprende las ondas de frecuencia entre los 300 Khz y los 3 Mhz , de tal manera que la frecuencia se convierte en el mas importante parámetro para designar a las radiofrecuencias.

Longitud de onda.- Si a la frecuencia característica de una onda, le calculamos su inverso, obtendremos lo que denominamos el período de dicha onda. Éste se definía, como el tiempo necesario para que transcurra un ciclo de la onda. Como se ha dicho con anterioridad, la energía radiante electromagnética se aleja del punto de origen con la velocidad de la luz; podemos deducir de esto último, que pasado un tiempo igual al período de una onda, la energía habrá recorrido una distancia desde dicho origen, igual a la velocidad de la luz por el periodo de la onda. Si sustituimos el periodo por su inverso, obtendremos el mismo resultado que anteriormente al dividir la velocidad de la luz entre la frecuencia de la onda. La distancia así obtenida la

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llamamos, longitud de onda de una energía electromagnética, correspondiendo un valor distinto a cada frecuencia distinta en el espectro de la radiofrecuencia, pudiendo realizarse la anterior clasificación en bandas, pero atendiendo a las longitudes de onda, así tendremos la banda MW (Medium Wave / Onda Media) que comprende a las longitudes de ondas entre los 1000 mts y los 100 mts, y equivale a la banda MF en frecuencia ya mencionada.

9.2.2.- Propagación de ondas de radiofrecuencia.

En el caso expuesto de una radiación electromagnética en el vacío, la onda se propagará de forma infinita en el espacio sin perder energía, disminuyendo solo la intensidad de campo por dispersión, al incrementarse la distancia y por consiguiente la superficie de distribución.

En el espacio real, los frentes de ondas atraviesan medios cuyas partículas, absorben parte de las energías eléctricas y/o magnéticas del frente, disminuyendo la energía en progresión, y por tanto haciendo que la energía emitida no se desplace de forma infinita, reduciendo también las intensidades de campo hasta el punto de hacerlas imperceptibles a partir de determinada distancia.

Parece deducirse de lo expuesto, que en el espacio real el alcance máximo donde se pueden percibir los efectos de una radiofrecuencia, va a depender de la cantidad de energía emitida en el origen y de las pérdidas en el medio de transmisión. En los siguientes gráficos podemos observar como dos radiaciones de distintas potencias en el origen, describirán distintas áreas de influencia, en función directa de la energía inicial.

Emisión con Potencia = Nw

Emisión con Potencia > Nw

Emisión A

Pot A > Pot B

Emisión B

Como vemos en los anteriores gráficos, nuestros sistemas de radio transmisión, estarán situados o sus emisiones van a tener como destino puntos en la superficie terrestre, por desgracia la superficie terrestre no es plana, muy por el contrario es esférica, curvandose constantemente, y generando por ello zonas de sombra tras el horizonte visual, como observaremos en los gráficos siguientes.

Anteriormente se ha comentado que las ondas de distintas frecuencias confieren al campo distintas características. Estas características, determinan que tipo de medios van a causar menos pérdidas por absorción de energía en la propagación del campo En general, los medios no confinados que encontramos en la superficie terrestre los dividimos en: a) La corteza terrestre (Tierras y Océanos). b) La atmósfera (Troposfera, Ionosfera).

Las radiofrecuencias de frecuencias bajas, encuentran en la corteza terrestre un medio mas favorable que la atmósfera. Por el contrario las de frecuencias medias y altas se ven mas favorecidas en la atmósfera, aún cuando se observe que a medida que sube la frecuencia, la atmósfera empieza a generar pérdidas mayores, llegándose a radiofrecuencias en las bandas mas altas, que casi solo son útiles al desplazarse en el espacio exterior.

Dependiendo de por cual de los citados medios se desplaza la onda, hablaremos de emisiones por ondas terrestres, ondas aéreas y ondas celestes o espaciales, respectivamente.

Respecto de las ondas aéreas y espaciales, diremos que establecemos la diferencia entre ellas, en tanto en cuanto, sean capaces de atravesar las capas altas de la ionosfera para alcanzar el espacio exterior y continuar sus propagación.

Sobre las espaciales, comentaremos que los niveles de potencia necesarios para compensar las pérdidas en la atmósfera y lograr sacarlas fuera de ella, no las hace rentables, excepto para usos muy concretos y sofisticados (Transmisiones vía satélite, Comunicaciones espaciales, Información de satélites de exploración,...).

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Atmósfera

Horizonte

Alcance.

Distribución y alcance de una emisión con ondas de propagación terrestre

Atmósfera

Horizonte Corteza terrestre

Alcance.

Distribución y alcance de una emisión con ondas de propagación celeste o espacial

Area de sombra radioeléctrica

En los gráficos mostrados, en el caso de los puntos que pueden ser alcanzados desde el punto de emisión sin atravesar obstáculos o medios de distintas naturalezas, decimos que en dicho punto la influencia del campo se recibe por onda directa. Como ya se comentó antes, y podemos apreciar en los gráficos, en las emisiones por onda aérea, la propia corteza terrestre, forma un obstáculo que impide la progresión de éstas onda generando zonas de sombra, donde resulta imposible llegar con una onda aérea directa.

El fenómeno descrito, por desgracia no solo se produce por la curvatura terrestre; también los accidentes y relieves geográficos del terreno, así como las construcciones humanas, generan zonas de sombras por interposición en los frentes de ondas. Dependiendo de la frecuencia de las radiaciones, éstas en su caso, tendrán distintos comportamientos al chocar con estos obstáculos, algunas reflejaran su energía en ellos, alterando la trayectoria de progresión del campo, en otros casos se difractarán en distintos grados reflejando parte de la energía en nuevas trayectorias y siendo absorbida por el obstáculo la otra parte; dándose casos donde la energía es absorbida casi en su totalidad en el obstáculo.

Con respecto a los obstáculos terrestres, diremos, que de las radiofrecuencias utilizadas para la propagación en forma aérea, las de más baja frecuencia, son las que menos energía pierden por absorción en los choques. A medida que la frecuencia sube, los frentes de ondas pierden su energía en mayor medida en los choques.

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Existen unos obstáculos no terrenales en la atmósfera, que pueden ser utilizados para reflejar ondas aéreas, que en los terrestres serían absorbidas, es el caso de las capas altas de la troposfera, o las distintas capas de la ionosfera. En los siguientes gráficos, se muestran las distintas trayectorias que pueden ser utilizadas para hacer llegar los frentes de ondas a distintos lugares de las superficie terrestre, contemplandose las ondas directas,

Zona de

Zona

sombra

de sombra PROPAGACION DIRECTA, REFLEJADA Y MULTITRAYECTO

REFRACCION IONOSFÉRICA

DISPERSION TROPOSFÉRICA

IONOSFERA

ángulo de refracción

Dispersión

Dispersión

ángulo de refracción

TROPOSFERA 9 Kms CORTEZA TERRESTRRE

50Kms - 450Kms

CORTEZA TERRESTRRE

ondas reflejadas, ondas difractadas, y ondas de multitrayecto.

9.2.3.- El elemento radiante (antenas).

En general, cualquier conductor eléctrico radiará energía electromagnética al ser recorrido por una corriente eléctrica. Un conductor se convierte en un dispositivo transductor de energía eléctrica en electromagnética, lo que comúnmente llamamos antena, cuando toda la energía eléctrica que se le suministra es transformada en emisión de radiofrecuencia, en el caso de su empleo como antena transmisora, o el efecto inverso en el caso de ser usada como antena receptora. Debemos hacer notar que las características de una antena son las mismas tanto para emisión como para recepción, aún cuando los fabricantes solo especifiquen características para uno de estos usos.

Las características principales de una antena, la fijan las dimensiones físicas del conductor o conductores que la forman (normalmente son varillas metálicas), la forma geométrica que adoptan, su número, su agrupamiento y su conexión eléctrica.

Las dimensiones mencionadas, se encuentran íntimamente ligadas a las frecuencias / longitudes de onda, a las que se quieren hacer las transferencias electromagnéticas en la antena. Los sistemas de antenas más eficientes, suelen tener unas dimensiones que son una fracción ( 1/2 o 1/4) de la longitud de onda de la radiofrecuencia que se desea transferir.

Dada ésta última característica, cobra una vital importancia para la movilidad de los terminales, las dimensiones de las antenas, consecuencia casi directa de la banda de trabajo utilizada; así, una frecuencia de trabajo sobre los 3Mhz, requiere una antena de dimensiones cercanas a los 50 metros, por contra, una frecuencia de trabajo de 1Ghz, solo tendrá unas dimensiones de 15 centímetros.

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En general, las antenas se pueden clasificar en dos tipos distintos, si atendemos al direccionamiento de la onda radiada; así, encontramos antenas omnidireccionales que emiten/reciben con igual intensidad en todas las direcciones del espacio que les rodea, su forma mas conocida son las antenas de varilla vertical (dipolos verticales). El otro tipo lo constituyen las antenas o conjuntos de antenas direccionales, que solo emiten/reciben en una dirección del espacio que las rodea, entre este tipo la mas conocida es la popularmente llamada "parrilla para TV terrestre", que técnicamente es un conjunto de antena denominado "Yagi" en honor a su inventor, un ingeniero japonés. En los gráficos siguientes podemos observar algunas de estas antenas y sus diagramas de radiación tanto en alzado como en planta.

Dipolo vertical de 1/2 de Long. de onda Zona min. radiac.

/2

Zona min. radiac.

Plano de tierra

Plano de tierra

Dipolo horizontal de 1/2 de Long. de onda Zona min. radiac.

Zona min. radiac.

Plano de tierra

Plano de tierra

Dipolo vertical de 1/4 de Long. de onda (Antena Marconi) Zona min. radiac.

Plano de tierra Plano de tierra

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Conj unto de antena Yagi con dipolo cerrado de 1/2  horizontal

Plano de tierra

Plano de tierra

Conj unto vertical de dipolos de 1/2  en fase con plano reflector

Plano de tierra

Plano de tierra

9.2.4.- El acceso al medio "espacio radioeléctrico".

Como ya se ha mencionado, las radiocomunicaciones utilizan como medio de transmisión el espacio en forma general, que en adelante llamaremos el espacio radioeléctrico. Dado que es un medio único pero utilizado concurrentemente por muchos sistemas de comunicaciones, se hace necesario regular el acceso y utilización del mismo.

En la práctica, esta regulación del uso conjunto del medio único, se realiza mediante los sistemas ya estudiadas de multiplexación, que también toman la denominación de técnicas de acceso al medio. Con las anteriores técnicas estudiadas en el Tema 7, vimos como podemos crear canales sobre el medio de transmisión, cuando el medio a multiplexar es el espacio radioeléctrico, en el caso de alguna de estas técnica diremos que generan radiocanales. Para entender las características de estos radiocanales, será necesario recordar y ampliar lo estudiado en las técnicas de modulación.

El espacio radioeléctrico podemos medirlo o contemplarlo desde tres dimensiones diferentes, desde su dimensión geográfica, desde su dimensión temporal, y desde su dimensión en el espectro de la frecuencia.

Desde el punto de vista geográfico, dos o mas sistemas de radiocomunicaciones técnicamente iguales, sólo pueden usar el espacio radioeléctrico de forma concurrente si el alejamiento en distancia entre los sistemas es tal que sus ondas se desvanecen con anterioridad a que puedan interferirse, en tal caso diremos que a efectos prácticos no utilizan físicamente el mismo medio y por lo tanto no existe multiplexación.

Desde el punto de vista del tiempo, dos o mas sistemas de radiocomunicaciones técnicamente iguales, sólo pueden utilizar el mismo espacio radioeléctrico geográfico, si lo hacen en intervalos de tiempo no concurrentes, en este caso diremos que las radiotransmisiones efectuadas por los sistemas están multiplexadas en tiempo o que su acceso al medio es por división del tiempo (T.D.M.A. - Time Division Multiple Access ) , recibiendo los canales así creados la denominación de Time slot (intervalo de tiempo).

Desde el punto de vista del dominio de la frecuencia, dos o mas sistemas de radiocomunicaciones, situados en el mismo espacio geográfico y utilizando los mismos intervalos de tiempo, solo podrán usar el mismo espacio radioeléctrico, si ocupan distintos segmentos de frecuencias, sobre el espectro total del mismo,

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entonces diremos que las transmisiones efectuadas por los sistemas, se encuentran multiplexadas en frecuencia o que el acceso al medio es por división de las frecuencias (F.D.M.A.- Frecuency Division Multiple Access), en esta ocasión los canales reciben la denominación de radiocanales.

Si estudiamos técnicamente como se consigue hacer una transmisión de información en forma radioeléctrica, nos daremos cuenta que no es mas que aplicar una técnica de modulación de información sobre una onda portadora con propiedades radioeléctricas adecuadas al tipo de propagación elegido para el transporte.

Si recordamos lo estudiado en el tema 7, los métodos básicos para la modulación eran: AM: Modulación en amplitud.

FM: Modulación en frecuencia.

BPSK: Modulación en fase de información binaria.

AM convencional

FM

Portadora Pot.Rad.=50% B.lat.superior Pot.Rad.=25%

J2

J1

J0

J1'

J2'

J3

J3'

Fp

Fp+B.mod

Fy>Fx

Fx

B.Guarda

Fp-B.mod

B.Guarda

Fx

B.Guarda

J4

J4'

B.lat.inf.

Fp B.lat.sup.

Fp-(N*B.mod) Fp+(N*B.mod)

B.Transmision

B.Transmisión

Radiocanal

Radiocanal

B.Guarda

B.lat.inferior Pot.Rad.=25%

Portadora B.lat.inferior B.lat.superior Pot.Rad.= Jn=100% n

BPSK

Espectro ensanchado en BPSK

Portadora

Portadora Espectro (Código ensanchado - Código ortogonal) modul. BPSK

B.lat.superior J0 J1 J1' J2 J2' J3 J3'

Fy>Fx

B.lat.inferior

J4

J4'

Fp

B.Guarda

Fx

B.Guarda

J4

J0 J1 J1' J2 J2' J3 J3' J4'

Nivel de ruido blanco

Fy>Fx

Fx

Espectro (Código Inf. + Código ortogonal) modul. BPSK

Fy>Fx

Ancho Banda 1/NT.bit(T.simb)

Banda de transmisión y radiocanal de Esp.ensanchado Radiocanal

Cuando estudiamos el comportamiento en el dominio de la frecuencia de las ondas moduladas con estos métodos, observamos que una onda modulada sólo ocupa un segmento mas o menos amplio de todo el espectro de frecuencias, y que la anchura del segmento ocupado, depende del método de modulación utilizado y del ancho de banda de la información a transmitir. Así mismo también, podemos observar como la distribución de la energía de la onda dentro del segmento ocupado también varia, produciendo puntos o bandas de diferentes amplitudes. En los siguientes gráficos podemos ver algunas formas típicas de las dispersiones en frecuencia y potencia generadas por estos sistemas de modulación.

La técnica de modulación en espectro ensanchado permite una nueva forma de multiplexación y acceso al medio, esta técnica se basa de forma escueta, en la multiplicación del código binario a transmitir por otro código auxiliar y único para cada canal. La señal resultante de dicha multiplicación es un flujo de pulsos de banda ancha que modulado en BPSK sobre una portadora, produce una dispersión de potencia en bandas laterales, tal que, ningún componente supera el nivel del llamado ruido de fondo o ruido blanco, ocultando así el espectro de la señal transmitida. Sólo conociendo el código único por el que se ha multiplicado la información y realizando la operación inversa sobre el espectro de la banda de transmisión, se podrá obtener y reconocer una onda modulada BPSK de banda estrecha que contiene la información original. Todas las demás transmisiones operadas con otros códigos, en el proceso resultarán expandidas y por tanto inaccesibles e irrelevantes.

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Esta técnica, permite que se puedan realizar emisiones sobre el mismo espacio radioeléctrico geográfico, con las mismas frecuencias y de forma concurrente en el tiempo, tantas como códigos únicos (llamados ortogonales), podamos usar. Actualmente se manejan conjuntos de códigos cuasiortogonales de unos 30000 componentes, que en su aplicación práctica reciben la denominación de códigos de dirección.

La técnica de acceso al medio que utiliza este tipo de modulación y separación, se denomina por división de código (C.D.M.A.- Code Division Multiple Access).

El hecho de compartir el mismo medio, favorece la aparición de las llamadas interferencias radioeléctricas, en general, diremos que son variaciones de campo radioeléctrico, sobre el radiocanal de una comunicación procedentes de otras comunicaciones no deseadas. Principalmente consideraremos dos tipos: Interferencia cocanal.- Es la provocada por varias señales emitidas al mismo tiempo en un mismo espacio geográfico sobre el mismo radiocanal.

Interferencia de canal adyacente.- Es la provocada por la invasión del espectro de un radiocanal por parte de una emisión efectuada sobre otro radiocanal próximo.

Para evitar estos efectos indeseados, los mecanismos que regulen el acceso al medio deberán controlar y asignar a los equipos de transmisiones, las potencias disponibles según los alcances de influencia deseados, los radiocanales utilizables y su ancho de banda, en función del espectro total disponible y el tipo de información a transmitir. Estos mecanismos serán en algunos casos de tipo legal con licencia administrativa y especificaciones permanentes, por ejemplo las redes de distribución de TV y Radio comercial.

En el caso de las redes de telefonía móvil públicas o privadas, la adjudicación será automática y temporal en función de la situación en cada momento de la propia red, debiendo contar la misma con centros de análisis y gestión para la inteligencia de red, así también, todos los equipos de transmisión deben estar dotados de mecanismos que le permitan adaptarse de forma automática a las decisiones tomadas por la gestión de red.

9.2.5.- Radiocomunicaciones móviles (Conceptos).

Todos los sistemas de radiocomunicaciones móviles, estarán dotadas de una serie de equipos que pasamos a identificar a continuación: Estación Fija.- En general llamamos estación fija al conjunto de equipos con capacidad de transmisión y recepción radioeléctrica, que ocupan una situación geográfica fija con un espacio radioeléctrico determinado, y que dependiendo de sus funciones podemos distinguir tres tipos: Estación Base.- Fundamentalmente destinada a efectuar transmisiones/recepciones hacia los terminales móviles, compuesta por equipos de alimentación, transceptores, torres, sistemas radiantes, y elementos de interconexión entre ellos. Están controladas por otra estación fija, denominada de control, que la telemanda bien vía cable o radio.

Estación de Control.- Su función es evaluar y telemandar a varias estaciones bases en una zona geográfica determinada, sus comunicaciones tienen como destino fundamental las estaciones base controladas por ella y mantiene también comunicaciones con otras estaciones de control para cubrir zonas mas amplias.

Estará equipada con equipos de alimentación, sistemas informáticos para almacenamiento, evaluación y enrutamiento de distintos tipos de informaciones (información de usuario y señalización), equipos de transmisión/recepción que podrán ser vía radio, vía cable, o combinaciones de ambos con sus respectivos sistemas radiantes y/o de cable.

Estación Repetidora.- Destinadas a retransmitir las señales provenientes de otras estaciones para reforzar su alcance y cubrir zonas amplias o difíciles orográficamente como túneles, valles profundos, garajes subterráneos, etc...

Estación Móvil.- En general es un conjunto compacto o no de equipos que constituyen un transceptor que puede funcionar sin posición geográfica fija, incluso en movimiento constante, siendo una de sus características fundamentales su portabilidad, tanto para vehículos, como de mano, usualmente recibe el nombre de terminal móvil. Estos equipos en el caso de las redes de telefonía, deberán tener capacidad para la adaptación de sus parámetros de forma automática a las exigencia de los equipos de control de la red, mediante el mantenimiento de canales de señalización y control.

Equipo de Control.- Es el conjunto de dispositivos que supervisan tanto a las estaciones base como a las estaciones móviles, gestionando los radiocanales, identificando a los terminales, regulando los tráficos de información y señalización, recibir, interpretar y generar respuestas a los mensajes de señalización, mantener trasvases de información hacia y desde otras redes como por ejemplo la de telefonía fija.

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Enlace.- Denominamos como enlace al camino físico mas todos los parámetros necesarios como radiocanal, modulación, codificación etc .., al que se somete una información para viajar desde el punto de emisión al de recepción como señal radioeléctrica. Como ya veremos mas adelante en el caso de comunicaciones de tipo Semiduplex o Duplex, donde las estaciones que intervienen en la comunicación tienen capacidad emisión/recepción y una de ellas es móvil, se distinguen ademas los enlaces por el sentido en el que viaja la información en dos tipos: Enlace descendente (Downlink).- Es el enlace que transporta información desde una estación base que actúa como transmisor hacia una estación móvil que actúa como receptor. A la distancia máxima a la cual la estación móvil puede recepcionar la señal emitida por la estación base, se le denomina rango o alcance de la estación base y en inglés (Talk-out).

Enlace ascendente (Uplink).- Es el enlace que transporta información desde una estación móvil que actúa como transmisor hacia una estación base que actúa como receptor. A la distancia máxima a la cual la estación base puede recepcionar la señal emitida por la estación móvil, se le denomina retroalcance de la estación móvil y en inglés (Talk-back).

En general diremos que los alcances de las estaciones base y los retroalcances de las estaciones móviles no suelen coincidir, dando lugar a problemas técnicos que complicarán la ingeniería de las mismas.

Banda de trabajo.- Zona mas o menos amplia del espectro radioeléctrico asignada para ser usada por un tipo o sistema de comunicaciones, puede encontrarse dividida en subbandas que son porciones contiguas o no de la misma. En general tanto las bandas como las subbandas se dividen y numeran a su vez en radiocanales.

Radiocanal.- Es la porción del espectro radioeléctrico ocupado por la emisión de la onda modulada utilizada en un enlace, que use alguna de las técnicas de modulación estudiadas con anterioridad.

9.2.6.- Tipo de transmisiones bidireccionales por el uso de radiocanales.

Canal simplex a una frecuencia.- Es el mas utilizado en las radiocomunicaciones tradicionales, todos los equipos pueden escuchar el mismo radiocanal y al transmitir todos le recibirán, es lo que denominamos linea compartida o "Party line". Entre sus ventajas destacamos la sencillez técnica de sus equipos, el que todas las estaciones puedan hablar entre sí dentro de la zona de cobertura común, la posibilidad de establecer una comunicación con una estación fuera de cobertura usando para ello otra como puente.

Entre sus inconvenientes el mas grave es el llamado efecto captura, mediante el cual la onda que alcanza con mayor potencia una antena receptora, apaga o silencia a todas las demás, pudiendo interrumpir así una comunicación que ya estuviera produciendose, este efecto se puede producir por captura cocanal o por captura desde canal adyacente, efecto este último muy a tener en cuenta en los emplazamientos de estaciones base, y que para evitarlo hace necesario alejar físicamente las antenas o bien utilizar canales separados ampliamente en frecuencia. La primera solución no es posible cuando se utiliza un emplazamiento común como es el caso de las estaciones base, y la segunda produce una mala utilización del espectro generando grandes huecos no utilizables entre canales.

TX RX Estación Base

F1 F1

TX RX

SIMPLEX A UNA FRECUENCIA

Estación Móvil

Canal simplex a dos frecuencias.- En este sistema se solucionan los problemas de captura que se han expuesto en el sistema anterior, para ello se establecen dos grupos de canales separados por el margen de frecuencia necesario para que no se produzcan capturas cocanal, asignándose los canales de uno de estos grupos a las transmisiones desde la estación base hacia los terminales móviles, y el otro grupo para la recepción desde los terminales móviles hacia la estación base. Permite un mejor aprovechamiento del espectro y hace posible la convivencia de varios sistemas de antenas en el mismo lugar.

El principal inconveniente de este sistema es la imposibilidad de establecer comunicaciones entre los terminales móviles, ya que como se desprende de lo expuesto un terminal móvil emite en un grupo de frecuencias, pero recibe en otro grupo distinto lo que imposibilita la comunicación entre ellos, por tanto, solo es posible realizar comunicaciones con la estación base, que por tanto tenderá a colapsarse generando muchos intentos fallidos de comunicación por parte de los terminales móviles.

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F1

TX RX Estación Base

F2

TX RX

SIMPLEX A DOS FRECUENCIAS

Estación Móvil

Canal semiduplex a dos frecuencias.- Este sistema es una mejora del anterior, siendo el mas utilizado por los sistemas de PMR (Private Mobile Radio), para ello se hace funcionar a la estación base, en duplex mientras que los móviles siguen en simplex. Este modo de funcionamiento de la estación base hace posible la recepción del canal ascendente y su transmisión simultánea por el canal descendente, haciendo posible las comunicaciones entre los terminales móviles. Las estaciones base se dotan de un adaptador especial denominado duplexor que permite la utilización simultánea de una sola antena en recepción y emisión simultánea.

TX RX

D P X

F1

TX RX

F2

Estación Estación Base SEMIDUPLEX A DOS FRECUENCIAS Móvil Canal dúplex a dos frecuencias.- En este sistema se añaden circuitos duplexores a todos los terminales móviles, esto les permite funcionar en dúplex, pero hace necesario que la estación base sea multicanal con tantos pares de canales TX/RX, como terminales móviles se desean poder conectar entre sí, al igual que en el anterior sigue siendo imposible la comunicación móvil móvil sin pasar a través de la estación base.

Este es el sistema utilizado por la telefonía móvil, ya que por definición, la telefonía es una comunicación dúplex extremo a extremo. El mayor inconveniente que observamos es el enorme consumo de pares de radiocanales, ya que serán necesarios dos por cada comunicación entre terminales móviles sobre la misma estación base, esto exigirá que en grandes áreas con varias estaciones bases próximas sea necesario el reparto de espectro para evitar posibles capturas, y el uso de técnicas de reutilización de grupos de frecuencias por separación geográfica debiendo controlarse muy estrictamente las potencias de emisión.

TX RX Estación Base

D P X

F1 F2

D P X

DUPLEX A DOS FRECUENCIAS

TX RX Estación Móvil

9.2.7.- Cobertura geográfica celular.

El problema de dar cobertura para comunicaciones de tipo duplex a dos frecuencias sobre grandes areas geográficas y para gran cantidad de usuarios con garantia de no interferencia, se soluciona con las tecnicas de cobertura por división celular del territorio. En esencia, esta técnica consiste en dividir el territorio en el que se desea dar servicios, en areas mas o menos regulares, e interconectadas entre sí, situando una estación base en cada una de ellas y asignando a la misma un grupo de radiocanales duplex, tales que no se interfiera con los radiocanles de las areas adyacentes.

Para lograr lo anteriormente expuesto, se recurre a cubrir el terreno dividiendolo en poligonos regulares que cubran la mayor superficie sin dejar huecos ni solaparase. Geometricamente se puede demostrar que el polígono mas indicado para este fin es el exágono.

Una ventaja añadida de este polígono regular es su facil división regular a su vez en una agrupación de exagonos mas pequeños, así como la agrupación de varios exagonos iguales para formar una área cuasi-exagonal mayor.

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60º Ej es de división celular ideal Exágonos regulares ideales Exágonos reales en agrupamiento y división sobre la retícula ideal.

Por otra parte, técnicamente la geometria del exagono facilita el situar en su centro una estación base desde la cual colocar antenas direccionales cuyos lóbulos cubren facilmente la totalidad del area exagonal.

Cobertura celular mediante antenas direccionales (posibilidad de sectorización)

Célula servida por 6 antenas direccionales con lóbulos de 60º

Célula servida por 3 antenas direccionales con lóbulos de 120º

El sistema celular explicado para su correcto funcionamiento, necesita aplicar técnicas de distribución territorial de grupos de radiocanales duplex. Cada grupo estará formado por tantos radiocanales duplex como comunicaciones simultaneas se prevea tener dentro del territorio de la célula o sector celular.

Para evitar las interferencias cocanal por reutilización del grupo de frecuencias asignada, se establecerá una distancia mínima para realizar dicha reutilización. La determinación de esta distancia de reutilización, y el número total de radiocanales en toda la banda de utilización asignada, dará lugar a un agrupamiento geométrico de células, dentro de las cuales nunca se utilizan los mismos radiocanales. Para la total cobertura de territorios mas amplios que el definido en el agrupamiento celular sin reutilización, se procederá a cubrir los territorios restantes mediante la repetición del agrupamiento anterior hasta la total cobertura territorial.

A continuación vamos a mostrar un ejemplo, en el cual se ha asignado una banda con 2250 Khz de ancho sobre una frecuencias indefinidas del espectro, se ha escogido un sistema de modulación que requiere canales radio de 25 Khz de ancho. Se han creado 9 grupos de 5 canales por sector, agrupando 3 de estos grupos de forma consecutiva para cada célula y dedicados a enlaces descendentes, en las frecuencias bajas de la banda.

Para completar los radiocanales duplex se ha constituido una estructura similar sobre la parte alta de la banda,

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para establecer las parejas con los enlaces asecendentes con la suficiente separación para impedir la captura de los receptores por parte de los transmisores que comparten ubicación.

En la estructura celular del siguiente ejemplo, se ha previsto un sistema de geometria regular, donde las estaciones base (circulos) pueden atender mediante antenas de 120º, respectivamente 3, 2 ó 1 sector exagonal (líneas continuas) en los que se han dividido las celulas exagonales (líneas a trazos), las celulas exagonales a su vez se han agrupado en una estructura de 3, repitiendose exactamente y con la misma orientación hasta rellenar todo el espacio. Como se puede ver las estaciones base se han colocado en los centros de las celulas completas o incompletas Mediante el sistema expuesto y de forma muy simple se puede observar como podemos dar cobertura móvil en cualquier punto del area cubierta a un máximo de hasta 5 usuarios por sector celular.

Tx A 1

Tx A2

Tx A 3

Rx A 1 Rx A 2 Rx A 3 F1 F2 F3 F4 F5 F1 F2 F3 F4 F5 F1 F2 F3 F4 F5

F1 F2 F3 F4 F5 F1 F2 F3 F4 F5 F1 F2 F3 F4 F5

F.máxima de banda

F.mínima de banda

Nº de canales descendentes por sector = 5 Nº de canales ascendentes por sector = 5 Nº de radiocanales duplex por sector = 5 Nº de radiocanales duplex por celula = 5 canales * 3 sectores = 15 Nº de celdas por agrupación = 3 Nº de radiocanales por agrupación = 15 canales(celda) * 3 celdas = 45 Nº total de canales en la banda = 45 radiocanales(duplex) * 2 canales físicos(radiocanal) = 90 Suponiendo un canal radio de 25 Khz: Ancho total de la banda usada = 90 canales radio * 25 Khz(canal) = 2250 Khz Separación Tx- Rx de cada radiocanal = 45 canales * 25 Khz = 1125 Khz

Estructura celular con agrupación de 3 células sectorizadas en 3 sectores

1A 1

1C 1

1A 3 1B1

1B2

1B3 3C 1

8B3

1A2

2A 1 1C2

C3

4A 1 3C 2

4A 3

4C1

2C 1

2A 3

2B1

4A 2

7B3

2A 2

2B2

2C2 2C3

5A 1

2B3 4C 2

6A 1

6B1

5A 2 5A 3

5C 1

Dejamos para reflexión del alumno y como problema para ser resuelto mas adelante en este tema, ¿cómo será posible que todos los usuarios móviles del sistema expuesto puedan comunicar entre sí independientemente del lugar dentro del territorio cubierto donde se encuentren?.

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9.3.- La Telefonía Móvil.

Si las telecomunicaciones móviles las clasificamos atendiendo a sus sectores de aplicación o uso, en forma general podríamos dividirlas en privadas y públicas.

Los sistemas privados reciben la denominación de Radiotelefonía Móvil Privada (PMR.- Private Mobile Radio). Su principal característica es la limitación del espacio geográfico cubierto y el hecho de no ser necesario obligatoriamente que se encuentren conectadas a las red de telefonía pública u otras redes. Ejemplos comunes suelen ser los sistemas utilizados por flotas de vehículos bien de sectores privados (Autobuses, Taxis, Vehículos de reparto, etc ...), bien del sector público (Servicio de bomberos, Policía, Ambulancias, etc...).

El único sistema móvil de uso público con garantía de interconexión, actualmente lo constituye la denominada Telefonía Móvil Pública (PMT.- Public Mobile Telephony). Sus características principales son la universalidad de sus usuarios o abonados y que su ámbito territorial abarca desde países a coberturas de carácter mundial, constituyendose en si misma en una red similar en prestaciones y servicios a la telefonía fija conmutada (PSTN.- Public Switched Telephone Network), e interconectada con ella. En la actualidad estas redes PMT ofrecen todo tipo de servicios tanto orientados a voz como a datos, tomando la denominación de Red Pública Móvil Terrestre, (PLMN.- Public Land Mobile Network).

En los últimos años el número de servicios de voz y datos ofrecidos por las redes fijas públicas y privadas, a hecho aparecer equipos de telecomunicaciones móviles privados de ámbito restringido con el objeto de acceder de forma cómoda y versátil como terminales fijos de dichas redes; aportando movilidad en el entorno físico del usuario. Estas pequeñas instalaciones de terminales móviles se dividen en dos tipos: *.- Los terminales de voz inalámbricos o teléfonos sin hilos, (CT.- Cordless Telephony). *.- Los terminales de datos móviles en redes inalámbricas, (WT.- Wireless Telecommunications).

Estas últimas comunicaciones las denominaremos en general sistemas privados inalámbricos.

De los párrafos anteriores podemos deducir que llamamos comúnmente telefonía móvil a los sistemas PMT o PLMN, y por tanto serán estos los que desarrollaremos en las siguientes páginas.

9.3.1.- Arquitectura de las PMT/PLMN celulares.

Las redes PMT/PLMN son redes telefónicas completas, por tanto, disponen de todos los elementos necesarios para la transmisión y conmutación de señales. La estructura celular establece y soporta el conjunto de estaciones base que aseguran el area de cobertura y la continuidad de la interface radio por la que acceden a los distintos servicios sus usuarios. Para controlar, regular y rutar los servicios de comunicaciones ofrecidos por la red, serán necesaria otras estructuras donde se realicen todas estas labores, en general estos dispositivos serán nodos de conmutación y conformarán una arquitectura similar a la que se muestra en el siguiente gráfico.

BSA1

LA1 BSA3

BS1

MSCA1

BSA2

Enlace PLMN/RTF

Area de servicio del operador móvil GMSC(3)

MSC1

RTF -------RTB RDSI

BS3 BS2

BSA1

BSC1

LA2

MSCA3

BSC2

BS1

MSC2

BSA2

BS2

LA3 MSCA2

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Como podemos observar, las estaciones base (BS- Base Station), se conectan en un número variable, dependiente de las peculiaridades del terreno y de la densidad de usuarios en las zonas de cobertura, a los llamados controladores de estaciones báse ó estaciones de control (BSC- Base Station Controller); el área cubierta por una BS se denomina área de estación base (BSA- Base Station Area). Cuando un terminal móvil se mueve entre BS dependientes de un solo BSC no se hace necesario actualizar su registro de posición (éste se estudiará mas adelante), a ésta zona se le denomina área de localización (LA- Location Area) y coincide con el territorio al que da servicio un BSC. En un territorio que contenga un número indeterminado de BSC, éstas quedan comunicadas entre sí a través de una central de conmutación del servicio móvil (MSC- Mobile Switching Center). En estas centrales se ejecutan las funciones de señalización y conmutación necesarias para soportar todas las comunicaciones desde y/o hacia los terminales móviles. Al conjunto de todas las áreas de localización (LA) dependientes una MSC se le denomina como área de la central móvil (MSCA- Mobile Switching Center Area ).

Dependiendo de la amplitud del territorio a cubrir por una red movil, y que llamamos área de servicio de la red movil (SA- Service Area) será necesario disponer del número necesario de MSC todas unidas entre sí de forma directa para atenderlo.

Para poder soportar comunicaciones cuyos origenes o destinos sean otras redes públicas de telefonía como la RDSI ó la RTB, al menos una de las MSC contendrá los equipos necesarios para servir de pasarela entre estas redes, denominandose entonces como centrales moviles de pasarela o cabecera (GMSC- Gateway Mobile Switching Center) cumpliendo las funciones propias de todas las MSC y además como punto de conmutación hacia otras redes.

La principal diferencia de las PLMN es el poder asegurar los servicios de telefonia a usuarios móviles mediante el uso de terminales móviles, que utilizan la interface radio para acceder a los equipos de conmutación de la red. En esencia se debe garantizar que los abonados o usuarios del servicio, puedan realizar, mantener y recibir llamadas en cualquier momento y situación geografica dentro del area de cobertura de la PLMN, y que el destino/origen de dichas llamadas pueden ser otros usuarios móviles de esta red u otras redes PLMN, o usuarios de redes de telefonía fija, ademas la calidad de dichas comunicaciones debe garantizarse dentro unos parámetros mínimos aceptables tanto en situaciones de usuarios estáticos como en movimiento.

Otra de las facetas importantes de estas redes es la seguridad, tanto en la privacidad de las comunicaciones, como en la identificación inequívoca de los terminales móviles autorizados; estas labores se ven dificultadas por la naturaleza pública y no confinada del medio utilizado en la interface radio.

En general para realizar las funciones mencionadas, los terminales móviles en el momento de ser activados, deben establecer contacto con alguna estación base para darse de alta como terminal activo dentro de la red, para ello deberan identificarse con algún tipo de clave única propia de dicho terminal, la red verificará entonces la identidad del terminal y su autorización o no para solicitar servicios telefónicos en la misma. En el caso de un terminal identificado y autorizado la red mantendra a partir de dicho momento un registro constante de la posición de localización del terminal dentro del area de servicio, actualizando en todo momento dicho registro cuando se realice un cambio de LA. Este control constante de la localización del terminal móvil es necesario para realizar el encaminamiento de llamadas entrantes cuyo destino sea dicho terminal.

Por otra parte cuando un terminal que se esta desplazando, se encuentre realizando una comunicación telefónica será necesario preveer, su dirección de desplazamiento y su velocidad con el fin de disponer de soporte para la comunicación en curso, cuando se traspase o abandone el área de una estación base hacia otra adyacente.

Dada la estrucutura celular expuesta con anterioridad en este proceso el terminal deberá adaptarse de forma rápida y automátca a un nuevo radiocanal.

En resumen los sistemas PLMN deberán disponer de las siguientes funcionalidades. *.- Crear un registro de posición y actividad del movil, manteniendolo actualizado en todo momento; denominandose esta función como itinerancia o roaming. *.- Buscar entre las bases de registros de terminales móviles activos, la localización geografica sobre la estación base donde se encuentra dicho terminal y activar los protocolos de activación del terminal para las llamadas entrantes, y denominaremos como radiobusqueda o paging. *.- Realizar con seguridad y de forma transparente para los usuarios el mantenimiento de llamadas en curso durante el cambio de áreas de estaciones base, llamándose a este procedimiento traspaso o handover. *.- Proporcionar medidas que garanticen el uso no fraudulento de los terminales mediante protocolos de autenficación, así como encriptación para mantener la privacidad de las comunicaciones de los usuarios. *.- Disponer de tecnologías de terminales móviles que permitan la sintonización automática de forma

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rápida y segura para adaptarse a otros radiocanales, bien para procedimientos de traspaso, bien para mantener los niveles de calidad mínimos exigidos.

Dada la alta complejidad de las funciones expuestas, los sistemas de PLMN requieren un potente sistema de señalización, este suele ser orientado a mensajes basados en la señalización SCC nº7, implementando protocolos seguros y rápidos, construidos siguiendo el modelo OSI de niveles o capas, llegándose hasta el nivel 3 (red).

9.3.2.- Generaciones de telefonía móvil La primera generación de TMA (telefonía móvil automática) el sistema TACS . * (recopilado y extractado de "Telecomunicaciones móviles" de José M. Hernando Rábanos) GENERALIDADES SOBRE EL SISTEMA TACS El TACS es un sistema de telefonía móvil pública que constituye una red PLMN de primera generación con cobertura nacional. La norma TACS desarrollada en el Reino Unido, deriva del estándar AMPS (Advanced Mobile Phone System) de Estados Unidos, habiéndose adaptado las bandas de frecuencias y canalización a la normativa europea.

El sistema funciona en la banda de 900 MHz y dispone de una anchura de banda que proporciona 1.320 canales dúplex. Se ha diseñado básicamente para la transmisión de voz, por la interfaz radio, de forma analógica, empleándose modulación de frecuencia (FM) con gran desviación. Además, para conseguir una buena calidad de voz, se realiza un procesado de señal consistente en la compresión/expansión silábica.

La transmisión de la señalización por la interfaz radio es digital utilizándose modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK) y codificación con detección y corrección de errores. La estructura del sistema es celular clásica, con disposiciones básicas de grupos de reutilización de 12 células para cobertura omnidireccional y de 7 células en caso de cobertura sectorizada. Se mejora la resistencia a las interferencias mediante el uso de tonos de supervisión que acompañan a la señal telefónica y que se utilizan tambien para la función de traspaso.

Los radios celulares varían desde unos 30 km para la cobertura de zonas rurales y carreteras empleando un terminal sobre vehículo hasta 1 km., aproxímadamente para la cobertura de áreas urbanas con gran densidad de tráfico, usando estructuras celulares sectorizadas y terminales portátiles. En este caso se controlan las interferencias derivadas de la mayor reutilización de las frecuencias mediante la díreccionalídad de la transmisión y el empleo de potencias reducidas.

El sistema permite el control de la potencia de emisión de la estación móvil. Para ello la estación base mide el nivel de señal recibida y, sí éste es íntenso ordena al móvil, por el canal de señalización, que disminuya la potencia. Así se reduce el potencial de interferencia y se prolonga la duración de la batería de los terminales portátiles.

Se incorporan ciertos aspectos de seguridad como son la posibilidad de cifrar las comunicaciones por la interfaz radio y el requisito de identificación de los terminales cada vez que realizan un acceso al sistema. De este modo, si un usuario notifica al operador que su terminal se ha extraviado o ha sido sustraido, la red impedirá cualquier tentativa de llamada realizada desde ese terminal.

La señalización de línea es del tipo de canal común, empleándose el Sistema de Senalización N.º 7 del ITU-T que proporciona una gran calidad de los mensajes de señalización y permite gran número de servicios suplementarios.

Cada estación base proporciona dos clases de canales: un canal de control o señalización denominado CCH (Control Channel) o SIC (Signalling Channel) y canales de tráfico designados por TCH (Traffic Channel).El primero se emplea para la transferencia de información de señalización con los móviles, necesaria para la localización y registro, aviso, mantenimiento de las llamadas, etc. Los TCH se utilizan para la transmisión de la voz.

El sistema TACS se implantó en 1985 en el Reino Unido y posteriormente, en varios países europeos, entre ellos España. Como estándar analógico de primera generación está abocado a desaparecer. En España, la

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administración ha dispuesto por ley que la emisiones de TACS deben cesar el año 2007 asignándose las frecuencias que se liberen al sistema GSM. SERVICIOS DEL TACS El TACS ofrece un amplio abanico de servicios gracias a su avanzado sistema de señalización: 1.- Telefonía básica, de calidad similar a la RTB, con baja probabilidad de bloqueo y un tiempo de establecimiento de las llamadas reducido.

2.- Transmisión de datos, equipando al teléfono móvil con un módem adecuado.

3.- Servicios suplementarios telefónicos, tales como: * Contestador automático/buzón. * Llamada en espera. * Desvío de llamadas. * Conferencia pluripartita. * Mensajes (anuncios) orales. * Asistencia de operadora. * Información de tarificación Se admite también una variedad de terminales móviles, que pueden clasificarse en tres grupos: 1.- Equipo móvil instalado permanentemente en vehículo.

2.- Equipo extraible del vehículo y transportable a mano.

3.- Equipo portátil, de bolsillo pero que puede acoplarse mediante un kit de vehículo a un automóvil; así mejora sus prestaciones de cobertura y ofrece el servicio denominado manos libres que permite mantener una comunicación telefónica sin necesidad de tener el terminal en la mano. Ello es de obligado cumplimiento cuando el usuario está conduciendo el vehículo.

ESPECIFICACIONES RADIOELÉCTRICAS DEL TACS Bandas de frecuencias El sistema TACS comenzó a funcionar en unas bandas de frecuencias (banda TACS) que, posteriormente, se han reservado para el sistema GSM. Por ello no se ha habilitado toda la banda inicialmente prevista lo cual, unido a las exigencias de tráfico, ha requerido el empleo de una banda adicional denominada ETACS (extended TACS).Actualmente se utilizan ambas bandas, las cuales están divididas en sub-bandas para transmisión y recepción, como se indica en la Tabla siguiente con referencia a las estaciones base.

Estaciones base TACS Transmisión (Mhz) Recepción (Mhz)

Banda TACS 935-950 890-905

Banda E-TACS 917-935 872-890

La separación de canales es de 25 Khz. Las asignaciones de frecuencias están desplazadas del valor central nominal en 12,5 Khz y se designan mediante un número entero N, denominado núrnero de canal, que indica la frecuencia de transmisión de la estación base Los canales TACS van numerados correlativamente de 1 a 600 y los ETACS de 1328 a 2047 Por consiguiente si Ftx(N) y Frx(N) son las frecuencias de transmisión/recepción de la estación base para el canal N, se tendrá: Para la banda TACS: 1<=N<=600 Ftx(N) = 0,025 x (N - 1) + 935,0125 Frx(N) = Ftx(N) - 45 Para la Banda E-TACS: 1328<=N<=2047 Ftx(N) = 0,025 x (N - l328) + 917,0l25 Frx(N) = Ftx(N) - 45 El total de radiocanales disponibles es de l320 de los cuales se reservan 21 para señalización y el resto para tráfico.

Potencias de transmisión.

Las estaciones base tienen una potencia de equipo ajustable en función de los requisitos de cobertura y balances de enlace. El valor máximo de la Potencia es de 100 W aproximadamente.

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Para las estaciones móviles se han establecido según su categoría, los niveles máximos de potencia que se indican en la tabla. Debido al control de potencia el nivel puede variar entre esos valores máximos y un mínimo de -22dbW. Categoria estaciones móviles Clase 1 Clase 2 Clase 3 Clase 4

Potencia nominal 10 dbW (10 W) 6 dbW (4W) 2dbW (1,6 W) -2 dbW (0,6 W)

El margen de control de potencia es 32 db para terminales sobre vehículos y 20 db para equipos portátiles.

Modulación.

Para las señales telefónicas, con una banda de base de 300 a 2500 Hz, la modulación es FM analógica, con una desviación de frecuencia max de +/- 9,5 KHz. Por consiguiente, la anchura de banda de RF es: B = 2 x ( 9,5 + 2,5) = 24 Khz Este elevado valor de la desviación de frecuencia proporciona una calidad de voz superior a la que brindan los sistemas móviles convencionales, pero a costa de una mayor anchura de banda de RF que produce un incremento de la potencia en el canal adyacente. En la Fig. siguiente se representa el espectro típico del canal de RF. En ordenadas se representa la atenuación relativa al nivel de portadora para las separaciones de frecuencias indicadas en abscisas también respecto de la frecuencia portadora.

Nivel (db) portadora 0 -26 -45 -50

-16 -50 -37,5

0

16 37,5

50

F portadora (Khz)

Cn -2 Cn -1 Cn 0 Cn +1 Cn +2

Se observa, que hay solapamiento con los canales adyacentes, por lo cual, los planes celulares de frecuencias en TACS, deben ser tales, que no asignen canales adyacentes dentro de la misma célula.

Señalización.

La señalización asociada a la llamada es fuera de banda. Se utiliza con cada llamada, para supervisión, uno de los tres tonos de 5,970; 6,000; 6,030 KHz que modulan en frecuencia a la portadora con una desviación de +/-1,7 Khz. Así mismo en ciertas fases de la llamada, se emplea el llamado tono de señalización ST (Signalling tone) de 8 Khz que se transmite con una desviación de frecuencia., de +/- 2 Khz. Como esta señalización va por canales de tráfico, debe utilizar modulación analógica.

La transmisión de senalización por los canales SIG es de naturaleza digital. Se utilíza en banda base una codificación Manchester para facilitar la sincronización de bit; La modulación es FSK, con una velocidad de 8 Kbit/s y una desviación de frecuencia de +/- 6,5 Khz. Equipo radio.

Las características básicas del equipo de radio son: Tolerancia de frecuencia: +/- 1 x 10-6 para la BS y +/- 2,5 x 10-6 para la MS. Los móviles deberán poder sintonizar todos los canales de las bandas TACS y ETACS. Es conveniente

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el empleo de diversidad de recepción en la estación base para favorecer las comunicaciones del enlace ascendente La sensibilidad de los receptores es igual a -116 db para una relación SINAD de 12 dB. ARQUITECTURA DE LA RED TACS La red TACS está constituida por las siguientes entidades básicas que se describen en orden jerárquico descendente: 1.- Centrales de conmutación del servicio móvil MSC: Denominadas tambien MTSO, que están unidas por una parte a la RTB y por otra a las estaciones base.

2.- Unidas de conmutación remota RSU: Son elementos intermedios de conexión de las BS con las MSC que se utilizan para los circuitos de tráfico, por conveniencia de encaminamiento. Las RSU no pueden intercambiar señalización con las BS. Todas las RSU dependen de una MSC tutora y está controlada por ella.

3.- Estaciones de Base BS: Se entiende por estaciones de base, al conjunto de equipos situados en una misma ubicación y que constituye la frontera de la interfaz radio o interfaz aérea (AI) para el enlace con los móviles. Dentro de las BS deben distinguirse el controlador (BSC) y los equipos transceptores de radio (BTS).

4.- Células: Una BS define una o más células según su característica de radiación. Si es omnidireccional establece una sola célula. Si es directiva constituye tantas células como sectores de radiación (gen. 3 ó 6 ) y dispondrá de tantos equipos independientes como células haya.

5.- Terminales o equipos móviles MS: Equipos de los tres tipos estandarizados, sobre vehículo, transportables y portátiles.

OMC

RTB

MSC

MSC

RSU

RTB

RTB

BSC/BTS BS

BS

BS Células

PMS

MS

AI PS

Fuera de la línea estrictamente funcional está el centro de operación y mantenimiento OMC o centro de explotación, que realiza funciones de supervisión y gestión de red, tanto en los aspectos puramente técnicos como administrativos.

En asociación con las entidades de arquitectura se definen las siguientes areas funcionales: Área de central, área de localización y area de estación base.

La MSC ejecuta funciones propias de conmutación de la red móvil y realiza los encaminamientos hacia/desde la RTB. Dispone de unos registros o bases de datos denominados HLR y VLR. Las MSC de una red TACS están interconectadas entre sí y con las RTB mediante enlaces digitales de 2 Mbits/s. También tienen enlaces digitales de voz y de señalización con las BS y las RSU y disponen. asimismo de circuitos analógicos locales para enlaces de prueba.

Para las BS han de preverse tanto circuitos a 4 hilos como canales de tráfico haya en la estación mas un

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enlace (duplicado) para señalización. Los encaminamientos entre las MSC y sus BS y la RTB suelen hacerse por diversidad de rutas para mayor seguridad.

Todo el conjunto de enlaces entre las MSC y la RTB de una parte y las RSU y BS de otra se denomina genéricamente red fija y requiere un minucioso estudio de dimensionamiento y seguridad de funcionamiento.

El HLR (Home Location Register), registro de abonados locales, contiene los datos de los usuarios asignados a esa MSC en el momento del abono en función de su lugar de residencia. Aquí figuran, entre otros, el número del teléfóno móvíl del abonado, indentificador de terminal, tipo de abono, etc.

El VLR (Visitors Location Register) contiene los datos de los usuarios visitantes o transeúntes en la zona controlada por la MSC en cuestión. Cuando un abonado se registra corno transeúnte en una MSC distinta de la habitual porque se ha desplazado a otra localidad, la información de ese registro se transfiere y se copia en su HLR. Cualquier llamada dirígida al abonado se encamina al HLR. Analizando la información disponible en el HLR se sabe si el destinatario está en la zona de su MSC o es visitante de otra, en cuyo caso se reencaminará la llamada a la MSC visitada para su transferencia final al abonado.

Además de la localización y registro de los abonados, la MSC realiza también la asignación y gestión de los canales radio y coordina el traspaso de llamadas entre células de una misma BS, entre BS dependientes de ella o entre una BS suya y otra BS dependiente de cualquier otra MSC. Por último, la MSC ejecuta importantes funciones relacionadas con la explotación como las de tarificación, generación de alarmas, diagnósticos, producción de estadísticas de tráfico y comunicación hombremáquina.

Las funciones principales de las estaciones base son; - Control de la interfaz radio.

- Recogida de datos de localización - Control de móviles.

- Retransmisión, con cambio de formato, de los mensajes de señalización.

- Asignación de los tonos de supervisión de audio.

Por último las estaciones móviles tienen encomendadas las siguientes funciones: - Selección del canal de control.

- Sintonización de los canales de tráfico.

- Marcación y aviso.

- Transmisión/Recepción.

- Generación del tono de señalización SEÑALIZACIÓN EN TACS El funcionamiento adecuado de los sistemas avanzados de radiotelefonía móvil pública como el TACS, requiere el concurso de un sistema de señalización potente y bien protegido contra errores, así como una excelente agilidad para asignar las frecuencias en los transceptores, que deberán seleccionar con rapidez los canales siguiendo instrucciones de la red o de sus propios programas. En el TACS existen 4 trayectos de señalización que configuran otros tantos canales que se nombran con referencia a la estación base y son: - Canal de control descendente: FOCC (Forward Control Channel) que mantiene el contacto MS-BS cuando no hay conversación. Se transmite continuamente desde la estación base.

- Canal de control ascendente: RECC (Reverse Control Channel) para respuesta de la MS y establecimiento de la llamada. Se transmite, de forma intermitente, desde las estaciones móviles.

- Canal de voz descendente: FOVC (Forward Voice Channel).

- Canal de voz ascendente: REVC (Reverse Voice Channel).

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Los canales FOCC y RECC utilizan el radiocanal de control o señalización especializado SIG, en tanto que los canales FOVC y REVC constituyen los radiocanales de tráfico (TCH). Por estos canales se transmite la señalización asociada a las comunicaciones en curso, en forma de rápidas ráfagas de datos, suprimiéndose entonces la señal vocal. La interrupción es breve (200-300 mseg.) por lo que apenas la perciben los usuarios.

Además de esta señalización digital, hay otra analógica asociada a la llamada y constituida por los tonos de supervisión de audio SAT y el tono de señalización ST. El canal FOCC difunde información de identificación de las estaciones base y se utiliza también para búsqueda y llamada a las estaciones móviles (paging) así como para enviar información de sintonización de los canales de tráfico.

El canal RECC se emplea para el acceso de estaciones móviles con fines de registro en el sistema, identificación de la posición, solicitud de llamadas y envio de datos de establecimiento.

En la siguiente tabla se indican los mensajes básicos cursados por los canales de señalización.

Canal FOCC

FOVC RECC

REVC

Mensajes Identificación de BS Búsqueda y llamada Asignación de TCH Información supletoria(overhead) Bits de relleno Órdenes(ej. control de potencia) Traspaso Registro de MS Identificación de MS Establecimiento de llamadas Número llamado Respuestas de búsqueda Identificación Confirmación de órdenes Confirmación de órdenes

Para conseguir una elevada calidad de funcionamiento de la red de telefonía móvil es necesario asegurar la recepción correcta de los mensajes de señalización digital. Como además estos mensajes carecen de redundancia, deben protegerse mediante una codificación de canal adecuada (detección y corrección de errores} contra las perturbaciones del canal radioeléctrico (ruido, interferencia, etc).

El formato del código de control de errores se deriva de un código BCH (Bose-ChaudhuriHocquengen) tipo (63,51) acortado En los canales FOCC y RECC se emplean 28 y 36 bits de información, respectivamente, y 12 bits de paridad, por lo que los códigos resultantes son BCH (40,28) y BCH (48,36). Los cuatro primeros bits de información realizan una función de control y los restantes definen el mensaje concreto.

Se establece un segundo nivel de protección por redundancia mediante la transmisión repetida de los mensajes de señalización y su decodificación bit a bit mediante decisión por mayoría en recepción. Además, los mensajes se transmiten en dos grupos entrelazados lo que aumenta la decorrelación de los bits y mejora las prestaciones del código de control de errores Los mensajes se repiten 5 veces salvo para las órdenes de traspaso en cuyo caso se repiten 11 veces.

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En la tabla siguiente se indica el número de bits de información de redundancia y el número de repeticiones de cada mensaje de control.

Canal de señalización FOCC base-móvil (ida) FOVC base-móvil (ida) RECC móvil-base (retorno) REVC móvil-base (retorno)

Bits de información 28 28 36 28

Bits de paridad

Nº de repeticiones

12 12 12 12

5 11 5 5

La sincronización de bits se perfecciona mediante el empleo de una serie de 10 bits alternados antes de cada mensaje. La sincronización de palabras utiliza una sucesión Barker de 11 bits (11 100010010) que posee propiedades específicas de distancia mínima.

Los bits de señalización se transcodifican del formato NRZ a un código tipo Manchester antes de su aplicación al modulador FSK. De este modo se asegura un número suficiente de transiciones para efectuar la sincronización correcta de bit en la señal.

En la Figura A (ordenados de izda/dcha) se muestra la estructura de la trama de señalización del FOCC, que comprende 463 bits y que está constituida como sigue: Figura A B/I (1)

SINC. SINC. PAL. PAL. BIT PAL A B (10) (11) REP.1 REP.1 (40) (40)

PAL. A REP.5 (40)

PAL. B REP.5 (40)

1.- Bit de ocupado/libre: B/I (Busy/Idle) que indica el estado del RECC asociado. Se incluye un bit B/l cada 10 bits de mensaje. En total se transmiten 42 bits por trama Estos bits tienen por objeto facilitar el acceso de las MS minimizando las colisiones.

2.- Palabras de sincronización (10+11 bits).

3.- Palabras de señalización. Los mensajes se dividen en dos grupos: A, destinado a los móviles con numeración par y B, para los móviles con numeración impar. Estos mensajes se transmiten repetitiva y alternativamente 5 veces y comprenden 40 x 2 x 5 = 400 bits.

Los mensajes de señalización contienen información sobre parámetros del sistema, control de la estación móvil y relleno. Este último es necesario para asegurar que cuando no hay datos activos para transferir, el FOCC mantiene la transmisión de una señal lo cual es necesario para que la MS pueda capturar este canal.

Figura B SINC. SINC. BIT PAL (30) (11)

DCC PAL.1 PAL.2 (7) 5 Reps. 5 Reps.

(240) (240)

PAL 5 5 Reps.

(240)

En el caso de la figura B sobre el canal RECC, como los móviles han de acceder al sistema en régimen de contienda, pueden producirse colisiones Para minimizar su número se adoptan cinco medidas: 1.- Se utiliza la información ocupado/libre contenida en cada undécimo bit del FOCC. 2.- Se utiliza el mensaje denominado precursor de toma de 48 bits constituido por los tres primeros campos de bits de la trama de señalización del RECC. Cuando el móvil ha adquirido el canal SIG de una BS, extrae del FOCC el código identificativo de dicha BS, que se denomina código de color digital, DCC (Digital Colour Code). En los mensajes hacia la BS, el móvil devuelve el DCC de 7 bits dentro del precursor de toma, indicando la BS por la cual va a efectuar la tentativa de acceso, la cual, si le reconoce como propio, le facilitará tal acceso.

3.- La estación móvil espera un tiempo aleatorio antes de ejecutar el acceso, lo que rompe la

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periodicidad introducida por el formato de los mensajes.

4.- Tras el envío del precursor, la MS, en recepción, espera hasta observar el tránsito de modo libre a modo ocupado en el bit del canal FOCC. Si no se produce este cambio dentro de un cierto período de espera (porque la BS no ha contestado) se aborta la tentativa de llamada.

5.- Tras un primer intento infructuoso se hacen otras tentativas con arreglo a una temporización determinada.

ESTABLECIMIENTO Y CONTROL DE LAS COMUNICACIONES En este apartado se describirán someramente los procesos de establecímiento y control de las comunicaciones telefónicas, resaltando las distintas modalidades de señalización. Para facilitar el seguimiento, se considerarán las siguientes fases del proceso.

1).- Inicialización o registro.

Al conectar un terminal móvil se activa una lógica de exploración de los canales SIG del operador que están grabados en una memoria permanente del equipo. En la exploración se realiza una medición de la intensidad de RF de cada canal SIG. La MS se sintoniza en el canal con mayor potencia recibida. Seguidamente realiza una tentativa de acceso para registrarse en el sistema. Para ello emite su código de identificación IMSI (International Mobile Station Identity) junto con su número específico de equipo ESN (Equipment Serial Number).

La MSC verifica que el móvil en cuestión está dado de alta como abonado a los servicios de red y que sus datos de identificación concuerdan con los que posee en sus ficheros y procede a inscribirlo como usuario activo local (en el HLR) o como visitante (en el VLR) en cuyo caso pasa esa notificación al HLR de la MSC de la que depende el móvil.

El subsistema de administración de recursos y conexión NACS (Number Administration and Connection System) mantiene actualizada una relación de identidades IMSI de MS robadas, con anomalías de identidad (por ej. duplicaciones) o de abonados morosos para control de fraudes. En el caso de que la MS que intenta la llamada esté en esa lista negra, la MSC rechaza esta tentativa.

2).- Permanencia (Idle).

En este estado la MS se mantiene en contacto con la red sin recibir llamadas. Recibe continuamente el FOCC en el que está sintonizada y mide su nivel de RF. Si éste disminuye por debajo de cierto umbral efectúa un proceso de reinicialización para adquirir otro FOCC. De este modo la red tiene permanentemente localizada a la MS. Durante la escucha, la MS decodifica los bits de control supletorios del mensaje de señalización y si, eventualmente, recibe un aviso de llamada, pasará a los procedimientos de establecímíento.

Puede suceder que el terminal esté fijo (por ej. en un despacho) por lo que, en principio, se mantendría siempre a la escucha del FOCC y no tendría necesidad de reactualizar su posición. Evidentemente, si un terminal se deseonecta tampoco realizará ninguna reactualización. Para distinguir entre estas dos situaciones, la red obliga cada cierto tiempo a una actualización forzosa de los terminales, enviando un mensaje de reactualización al que deberán responder. Si un terminal no contesta se entenderá que está desconectado o es inaccesible.

Entonces las llamadas dirigidas a este terminal pueden ir a un contestador automático/buzón si el usuario se ha abonado a este servicio o, en caso contrario, el usuario que llama recibirá un mensaje oral indicándole que el abonado llamado no está accesible en ese momento.

3).- Activación Si la MS recibe un mensaje de aviso, o si desde la interfaz de usuario se envía un mensaje de establecimiento de llamada, se analiza el FOCC para conocer a través de los bits B/I el estado del RECC y, si está libre, se realiza una tentativa de acceso que requiere, de nuevo, la identificación de la MS y los datos del número llamado y tipo de servicio solicitado Si la validación de esta información por la red es positiva Se asigna un canal de tráfico a través del FOCC. 4).- Conversación Cuando la llamada va destinada a la MS se activa el indicador acústico del terminal Sí la inició la MS se alerta al otro abonado El usuario pulsa un botón para aceptar la llamada tras lo cual puede iniciarse la conversación En esta fase, la red (a través de la BS y la MSC) ejecuta una supervisión permanente de la comunicación para controlar la interferencia cocanal, asegurar el nivel y la calidad de la señal y optimizar el uso

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de la potencia.

El control de la interferencia se realiza mediante el tono de supervisión de audio (SAT), asignado por la BS a esta comunicación concreta durante la fase de establecimiento de la llamada o en el traspaso. El SAT se elige de entre tres tonos posibles de frecuencias 5970, 6000 y 6030 Hz que están muy alejadas de la banda de audio, lo que facilita su separación por filtrado.

El SAT funciona del modo siguiente: Al establecer el canal vocal. la BS asigna a la MS, por el FOVC. el SAT correspondiente a la agrupación de celdas donde se encuentra la MS. Esta devuelve el SAT en bucle, manteniendose la supervisión durante toda la comunicación. Las otras dos frecuencias del SAT se asignan a agrupaciones de celdas adyacentes. Si una MS o una BS recibe una señal interferente cocanal intensa de otra agrupación. como ésta llevará un SAT diferente, se detecta la situación de interferencia, procediéndose al enmudecimiento del receptor.

Si, en el curso de una llamada, se pierde el SAT, la MS inicia una temporización. Si ésta concluye sin que se haya repuesto el tono, se libera la llamada y la MS retorna al canal de control.

En la BS, mediante un receptor especial llamado receptor de exploración, compartido por todos los usuarios, se toman muestras periódicas del nivel de RF de la portadora y de la relación S/N del SAT (calidad de señal). Si se aprecia una degradación de estas magnitudes, se ordena a los receptores de exploración de las células vecinas (normálmente hasta 6) la medición de estos parámetros. La célula cuyo receptor haya obtenido los mejores resultados de la medición será la candidata al traspaso de la llamada. Para ello se habilitan circuitos de conexión de esta célula con la MSC y se asígna un canal de tráfico de la célula a la llamada que va a recibir.

Una vez dispuesto todo se da orden de traspaso por el FOVC indicando los nuevos números de celda y canal de tráfico así como el nuevo SAT. Esta orden se denomína interrupción de ráfága, pues implica el corte breve de la señal de conversación para insertar la ráfaga de datos con la orden y parámetros de traspaso y se repite 11 veces para mayor seguridad.

Una tercera función de supervisión es la de control de potencia. Si el receptor de la BS detecta una señal excesiva proveniente de la MS envia un mensaje de tipo interrupción-ráfaga con la orden y datos precisos para que el móvil reduzca su potencia. Con ello se reduce el nivel de interferencia y se prolonga la duración de la batería.

La transferencia de las comunicaciones desde la BS a la MSC requiere habilitar circuitos de enlace (trunks) entre estos equipos que han de estar activos (off-hook) cuando el móvil esté en condiciones de transmitir/recibir la voz y han de desconectarse (on-hook) cuando el móvil está en fase de permanencia o intercambiando mensajes por el canal SIG. Para realizar esta función de conexión/desconexión de enlaces se emplea el tono de señalización, ST, de 8 Khz. Por ejemplo, cuando se avisa a una MS de que tiene una llamada, una vez completada la identificación y aceptada la llamada por la MS, ésta envía el ST con lo que la MSC habilita el enlace con la BS. También se utiliza el ST durante el traspaso, cuando la MS confirma que está en condiciones de utilizar el nuevo canal de tráfico que se le ha asignado.

5).- Liberación Cuando el usuario concluye la llamada, se envía el ST a la red indicando esta circunstancia que equivale a la condición de teléfono colgado. La MSC desconecta el enlace con la BS que atendió esa llamada. El transmisor de la MS se desconecta y el móvil pasa al modo permanencia.

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ESQUEMA DEL PROCESO DE COMUNICACIÓN EN TACS En la Tabla que sigue, se indica el esquema del proceso completo de una comunicación. En cada columna se reflejan las actividades de la parte fija de la red TACS, del canal de señalización y del terminal móvil, respectivamente.

Conexión terminal Actividad del sistema Canal señalización Actividad del móvil Inicialización/permanencia Parámetros/mensajes del sistema

> FOCC >

Almacenamiento de datos en HLR y/o VLR

<RECC<

Explora el FOCC Captura el canal Extrae la información y la almacena Retorna información para el registro Se mantiene en modo permanencia sobre el FOCC

>FOCC>

En modo permanencia el usuario compone el número y activa la función de envio.

<RECC<

La MS envía un mensaje con su identidad y el número llamado

Asignación de BS y del número de canal

>FOCC>

Recepción de la asignación del canal, nivel de potencia, SAT

Control SAT.

<REVC<

Establece canal audio,envia al MS tonos de audio de llamadas

>FOVC>

Establecimiento de llamada

Se procesa la Autentificación.

información

recibida.

Acepta la llamada el remoto Conversación Recepción de llamada Recepción de una llamada destinada a un movil de la zona de la MSC/BS. Generación de un mensaje de aviso.

Proceso de la Autentificación.

información

recibida.

Mensaje de asignación canal, potencia y SAT

<<TCH>> >FOVC> <REVC< >FOCC>

Recepción de tono ST

Paso al modo conversación.

Traspaso Medición/control potencial RF y S/N del

Modo permanencia

<RECC<

Envio de datos de identificación

>FOCC>

Recepción de la asignación del canal, nivel de potencia, SAT

>FOVC> <REVC<

Retorno SAT y confirmación canal Activación del avisador acustico Envio continuo de tono ST El usuario de la MS descuelga, fin de tono ST

Paso al modo conversación.

Recepción confirmación

Inicio conversación

Recepción del aviso. Ejecutar un acceso al sistema.

Detección fin ST, activa enlace audio.

Control potencia, (conversación) Medición/control de señal RF y SAT Orden de cambio de potencia (interrupción de audio)

Escucha tonos de llamada

>FOCC>

<REVC< Envio de tono llamada

Reenvio del SAT y confirmación del canal

<<TCH>> <<TCH>>

Paso al modo conversación.

Conversación

>FOVC>

Recepción y Almacenamiento

<REVC< <<TCH>>

Confirmación cumplimiento orden (interrupción audio) Paso al modo conversación.

<<TCH>>

Conversación

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SAT. Caso que muy bajo y no se pueda incrementar la potencia, se verifican las BS adyacentes y se identifican los canales libres, asignándose nueva BS, canal, potencia, y SAT Ordenar nuevos parámetros de BS, canal, potencia y SAT(interrupción audio)

>FOVC>

Recepción, almacenamiento y cambio a los parametros nuevos BS, canal, y potencia, cumpliendo orden. (interrupción audio)

Recepción tono ST <REVC<

Emisión tono ST Se detecta cese ST y la MSC reanuda audio por la nueva BS en los nuevos canales Paso al modo conversación

>FOVC> <REVC<

Se emite en el nuevo canal el tono ST (confirma el uso de nuevos parámetros y continua interrupción audio) Se recibe el tono ST en el nuevo canal (cesa la emisión de ST y se reanuda la emisión de audio).

Paso al modo conversación.

<<TCH>> <<TCH>>

Conversación

<REVC<

El usuario de la MS cuelga, y se envia tono ST

>FOVC> >FOCC>

Paso al modo permanencia.

En modo permanencia el usuario compone el código de servico y activa la función de envio.

<RECC<

La MS envía un mensaje con su identidad y la petición de servicio suplementario.

Asignación de BS y del número de canal

>FOCC>

Recepción de la asignación del canal, nivel de potencia, SAT

Control SAT.

<REVC<

Transmisión de mensaje de petición de datos

>FOVC>

Liberación Recepción de tono ST, liberación del enlace de red (audio y señalización).

Envio de mensaje de liberación.

Servicio adicional (desde permanencia)

Se procesa la Autentificación.

información

recibida.

Se procesa la información recibida Se envian tonos de audio confirmando ó denegando el servicio pedido Envio de mensaje de liberación.

<REVC< >FOVC>

Reenvio del SAT y confirmación del canal Recepción de orden petición de datos

Envio de datos pedidos El usuario escucha los tonos de confirmación o denegación del servicio.

Paso al modo permanencia.

>FOVC>

Servicio adicional (desde conversación) <<TCH>> Recepción tono ST.

<REVC<

El usuario está en conversación telefónica con otro usuario.

El usuario compone el código de servico y activa la función de envio. (interrupción de audio) se emite tono ST Recepción de orden petición de datos

Transmisión de mensaje de petición de datos

>FOVC> Envio de datos pedidos

Se procesa la información recibida <REVC< Se presta el servicio pedido si es autorizado, y en cualquier caso se reanuda el audio

>FOVC>

Se recibe el servicio pedido si es autorizado, y en cualquier caso se reanuda el audio

Paso al modo conversación.

Paso al modo conversación. <<TCH>>

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PERTURBACIONES TRATAMIENTO

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DEL

CANAL

RADIOMÓVIL

EN

TACS

Y

SU

Para la planificación e ingeniería de instalación del sistema TACS debe tenerse en cuenta la caracterización dinámica del canal radioeléctrico, de forma que las perturbaciones y degradaciones apenas afecten a la señalización ni a la calidad vocal percibida por el usuario.

El canal móvil como ya se vio, está sujeto a diversas clases de desvanecimientos: rápidos (Rayleigh.consecuencia de la influencia de los obstáculos cercanos al terminal móvil y la afectación en radiocanales de multitrayecto), lentos (Log-normal.- En este caso causado por la distinta orografía del entorno, cuantificable estadísticamente mediante campana de gauss), selectivos en frecuencia, (consecuencia de la dispersión temporal) y selectivos en tiempo, así como a la perturbación FM aleatoria (producida por la dispersión Doppler) y a otras perturbaciones debidas al ruido (natural y artificial) y las interferencias.

El espectro de potencia de la FM aleatoria varía entre 0 y 2fd siendo fd el valor máximo del desplazamiento Doppler. En general, para las velocidades habituales de los móviles, este espectro está por debajo de la banda de frecuencias de audio por lo que la influencia de la FM aleatoria, en la práctica, es despreciable. También, a causa del reducido valor de fd, el tiempo de coherencia (Tc) del canal es alto. Por ejemplo, en un caso extremo, con una velocidad del móvil de 100 km/h, el desplazamiento Doppler es fd = 100 Hz y Tc = 1,6 ms. Como la velocidad de señalización es 8 Kbit/s, el tiempo de símbolo es menor que Tc por lo que no se verá afectado por el desvanecimiento ( selectivo en tiempo ).

Para los ámbitos de cobertura que se dan en el TACS, las anchuras de banda de coherencia son del orden de 40 Khz en zona urbana (incremento de multitrayecto) y de 250 Khz en zona suburbana o rural (incremento de trayectos directos). Como la anchura de banda de transmisión en TACS es 25 Khz, se deduce que al TACS no le afecta el desvanecimiento selectivo en frecuencia.

Descartadas estas perturbaciones, quedan como efectos dominantes en el sistema TACS los debidos a los desvanecimientos, al ruido y a las interferencias.

En general, se ha procurado contrarrestar los efectos del desvanecimiento Rayleigh mediante la elección de formatos y procesamiento de las señales de voz y datos, que forman parte del estándar TACS. En cambio, se deja al ingeniero de planificación la elección de parámetros operativos y de diseño para compensar el desvanecimiento log-normal, la acción de la interferencia cocanal y el ruido.

Las disposiciones contenidas en el estándar TACS para asegurar una calidad adecuada de las señales, pueden clasificarse en dos grupos según la naturaleza de la información a proteger.

1) Señal Telefónica.- Como TACS es un sistema analógico, en el momento del diseño del sistema, se utilizó la mejor modulación de esta naturaleza que es la FM, bien conocida, madura y experimentada. Ahora bien, como la calidad de la FM depende de la profundidad de la modulación y las señales de la voz humana presentan una relación valor de cresta / valor eficaz bastante alta, se han adoptado tres medidas para el mejor aprovechamiento de la FM y optimización de la recepción: a).- Utilización de compresión-expansión silábica. Se aplica compresión vocal antes de la modulación con lo cual la señal moduladora es más uniforme lo que mejora el rendimiento de la modulación. La compresión empleada es 2:1, es decir, el compresor reduce las variaciones del nivel en su salida a la mitad de las variaciones del nivel de entrada. La constante de tiempo del compresor es de 20 ms, por lo que no afecta al factor de cresta de la señal de voz. En recepción, el expansor restaura los niveles originales de la señal vocal y produce una mejora en la relación señal / degradación para perturbaciones de variación lenta y de bajo nivel como la FM aleatoria, el ruido y los batidos debidos a las interferencias cocanal. b).- Empleo de una elevada desviación de frecuencia Af = 9,5 Khz. Ya se ha comentado esta característica al tratar de las especificaciones del sistema TACS. Esta desviación proporciona una buena calidad de la respuesta en audio, aunque impone algunas restricciones a la planificación de frecuencias, debido a la gran anchura de banda de transmisión que produce. c).- Utilización de la diversidad en recepción en las estaciones base, particularmente en medios urbanos, donde es más notable el desvanecimiento Rayleigh. Se favorece además el enlace móvil-base, que es el más desfavorable debido a la pequeña potencia de emisión del móvil.

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2) Señal de datos.- Para la transmisión de datos por el canal de señalización digital, con el fin de que tenga el mínimo número de errores, se han adoptado también ciertas disposiciones, entre las que cabe destacar: a).- Utilización de los formatos de datos con autosincronización (código Manchester) y modulación digital FSK directa. El código Manchester asigna al «1» y al «0» lógicos las secuencias de bits 0l y 10, respectivamente. El código duplica la velocidad de transmisión efectiva, pero tiene la ventaja de que facilita la extracción de la señal de reloj al asegurar un elevado número de transiciones. Por otro lado, su espectro tiene un máximo que está por encima de las frecuencias de voz.

Se ha elegido la desviación de frecuencia de cresta de forma que se minimice la tasa de errores en la transmisión normal por un canal de 25 Khz. Ello corresponde a un índice de modulación de 0,8 por lo que la desviación es 0,8 x 8 Kbit/s ~= 6,5 Khz. Para FSK no coherente, con detección por discriminador y relación portadora / ruido C/N = 15 dB, la BER es inferior a 10 -7. Con un desvanecimiento de 15 dB, la tasa sube al 3 %; es decir, la mayoría de los errores se producen en condiciones de desvanecimiento profundo, en ráfagas asociadas a los períodos de desvanecimiento. b).- Utilización de elevada redundancia en la codificación de los mensajes de señalización, mediante códigos de control de errores y transmisión repetitiva. Los códigos permiten la corrección de errores aislados y la detección de errores aislados y de ráfagas de errores.

Como en comunicaciones telefónicas no conviene utilizar la técnica de petición de retransmisión (ARQ), se procede a la repetición obligada (no bajo demanda) de las palabras del código y a una decisión por mayoría. Seguidamente se utiliza el código de control de errores.

La segunda generación de TMA (telefonía móvil automática) el sistema GSM . * (recopilado y extractado de "Telecomunicaciones móviles" de José M. Hernando Rábanos) INTRODUCCIÓN Y GENERALIDADES A lo largo de la década de los años 80 se fueron implantando en Europa sistemas analógicos de telefonía móvil automática pública celular con distintos estándares: NMT (Países Nórdicos), Radiocom 2000 (Francia), TACS (Reino Unido, España), C (Alemania), incompatibles entre sí, por lo que los ámbitos de servicio se circunscribían al territorio de cada país.

La tecnología analógica utilizada limitaba la calidad, características y tipos de servicios que podían ofrecerse y los abonados debían aceptar pasivamente las escasas prestaciones que estas redes públicas les ofrecían. Además, todavía en esta época, la mayoría de los servicios de telecomunicaciones, entre ellos la telefonía, se prestaban en régimen de monopolio por parte de un único operador, por lo que la inexistencia de competitividad apenas estimulaba el crecimiento de la telefonía móvil. Pese a todo, ya se entreveía un gran porvenir para los servicios móviles; pero ese posible desarrollo tendría que apoyarse en algunas líneas directrices, tales como: a).-Utilización de una norma universal que permitiera a los usuarios establecer/recibir llamadas desde cualquier país. b).-Como consecuencia de lo anterior, las producciones a gran escala permitirían abaratar el precio de los teléfonos móviles al existir un mayor mercado. c).-Liberalización de las comunicaciones móviles, con la competitividad subsiguiente dinamizadora de su evolución. d).-Concesión de protagonismo a los usuarios, de forma que el desarrollo tecnológico siguiera las tendencias del mercado y exigencias de los usuarios. e).-Utilización de una tecnología que brinde un grado de calidad adecuado y permita la evolución y el enriquecimiento de las prestaciones.

Dentro de la Comunidad Europea se asentaron estas ideas y como fruto de ellas se constituyó en 1982, en el marco de la CEPT (Conference Europeenne des Postes et Telecommunications), el llamado Groupe Speciale Mobíle (GSM) con el mandato de preparar el estándar de un sistema de telefonía móvil público paneuropeo destinado a un mercado potencial, que se estimaba en unos 10 millones de usuarios en Europa para el año 2000.

La norma a desarrollar debería especificar unas interfaces básicas entre las unidades funcionales del futuro sistema de forma que pudieran construirse las redes con equipos de diferentes fabricantes. A la vez

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debería dejar abiertas posibilidades para que éstos pudieran ofrecer prestaciones adicionales.

El grupo GSM definió una serie de requisitos básicos para el nuevo sistema, entre los que cabe destacar los siguientes: * Itinerancia internacional dentro de los paises de la CE. * Tecnología digital. * Gran capacidad de tráfico. * Utilización eficiente del espectro radioeléctrico. * Empleo de sistemas de señalización digitales. Servicios básicos de voz y datos. * Amplia variedad de servicios telemáticos. * Posibilidad de conexión con la RDSI. * Seguridad y privacidad en la interfaz radio con encriptación de la transmisión. * Utilización de teléfonos portátiles. * Terminales personalizables. * Calidades altas de cobertura y de señal recibida.

Los primeros estudios y recomendaciones del GSM consistieron en el establecimiento de una banda de frecuencias común en todos los países.

Tras numerosos debates, se optó por una técnica de acceso múltiple TDMA de banda estrecha. El desarrollo se inspiró en la arquitectura OSI. especificándose los tres primeros niveles. Se estudiaron numerosas propuestas para la digitalización de la voz eligiéndose al final un códec vocal de predicción a largo plazo y con excitación pulsada regular. El códec básico funciona a 13 Kbit/s, velocidad denominada total o plena, previéndose como mejora su evolución a una velocidad de 6,5 Kbit/s, llamada velocidad mitad, que permitirá duplicar la capacidad de los canales de voz.

El desarrollo de la norma se concibió de forma evolutiva, con unos hitos o fases que definían partes completas del estándar. La fase 1 concluyó en 1990, la fase 2 en 1994 y la denominada fase 2+, en 1995. Esta última añade prestaciones adicionales a la fase 2 pero no supone un avance tan notable como fue el registrado de la fase 1 a la 2. Hoy día se sigue trabajando todavía en la norma a la que, desde hace tiempo, se le designa como norma GSM empleando la misma sigla que el grupo redactor. También GSM designa al sistema y, actualmente, la abreviatura significa Global System for Mobile comunicattons.

La especificaciones de la Fase 2 + proporcionan al GSM facilidades propias de redes PMR como son la posibilidad de realizar llamadas de grupo y de difusión. Por tanto, GSM aparece como un importante rival de los sistemas PMR, sobre todo para redes de cierta envergadura. También el servicio de mensajes cortos (SMS: Short Message Service) que ofrece GSM ha limitado, o incluso frenado, la implantación de los sistemas de radiobúsqueda digital como el ERMES. En efecto, además de ofrecer un servicio básico similar de envío de mensajes el GSM tiene la ventaja de ser bidireccional.

Uno de los hechos más importantes que han permitido la rápida expansión del GSM ha sido la constitución del llamado MoU (Memorandum of Undersanting). El MoU lo constituyen los operadores de redes GSM y en su seno se establecen los acuerdos de itinerancia internacional entre operadores. En la actualidad se han firmado más de 1000 acuerdos de itinerancia. En virtud de ellos un abonado GSM puede llamar y ser llamado a su número personal en cualquier momento y en todas las redes GSM cuyos operadores hayan establecido tales acuerdos. La tarificación de las llamadas se realiza al abonado desde su propia red y en su moneda local, con independencia del lugar donde efectúe o reciba las llamadas.

En el curso de la elaboración de la norma GSM se creó el Instituto Europeo de Normalización de las Telecomunicaciones ETSI (European Telecommunications Standards Institute), por lo que la elaboración de las especificaciones se trasvasó de la CEPT al ETSI, cuyos grupos RES (Radio Equipmenrs and Systems) fueron los continuadores de los trabajos.

El GSM, aunque concebido inicialmente como sistema paneuropeo, ha desbordado las fronteras de Europa, y se ha establecido en paises como Australia, Estados Unidos, India, Indonesia, Sudáfrica, etc., de forma que, si los operadores respectivos se incorporan al MoU, puede brindarse también la itinerancia en esos paises.

El GSM ha supuesto un cambio total en la concepción, diseño y explotación de los sistemas de Telefonía Móvil Pública celular por lo que, dentro de su ámbito evolutivo, se le reconoce como un sistema de segunda generación.

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En adelante, al hablar del sistema en general, se utilizará la abreviatura GSM y cuando se requiera poner de relieve los aspectos de red nos referiremos a la PLMN-GSM. La implantación del GSM, a partir de 1992, en los distintos países ha coincidido con la liberalización del servicio de telefonía móvil. Como consecuencia han surgido nuevos operadores, prestándose el servicio en régimen de competencia con las consiguientes ventajas para los usuarios.

El grado de desarrollo del GSM ha superado con creces las previsiones que en su día se hicieron, pese a que estuvo compitiendo en muchos países con sistemas analógicos que tenían mayor cobertura superficial. A finales de 1995 el número de abonados era, en todo el mundo, de unos 12 millones y las previsiones para el año 2001, se cifraban en 110 millones, de ellos 40 en Europa Las etapas de desarrollo del GSM, desde la conclusión de la Fase 1 de las especificaciones, han sido las siguientes: - Homologación de teléfonos móviles.

- Cobertura de núcleos urbanos (que asegura un porcentaje importante de cobertura poblacional).

- Cobertura de áreas especiales (aeropuertos, polígonos industriales, zonas de esparcimiento y vacaciones).

- Coberturas ocasionales (acontecimientos deportivos).

- Cobertura de los ejes viarios entre los núcleos anteriores.

- Cobertura de entornos problemáticos (túneles, zonas de sombra).

- Perfeccionamiento de cobertura (microcélulas, interiores).

ESPECIFICACIONES DEL GSM Las especificaciones del GSM, elaboradas y editadas por el ETSI, comprenden más de 5.000 páginas y se dividen en series que se ocupan de temas específicos como se indica en la tabla siguiente.

Serie

Tema

-01-

Cuestiones generales

-02-

Aspectos de servicio

-03-

Aspectos de red

-04-

Interface y protocolos MS-BS

-05-

Capa física radio

-06-

Codificación de voz

-07-

Adaptadores de terminal para MS

-08-

Interfaces BS-MSC

-09-

Interfuncionamiento de redes

-11-

Especificaciones de homologación

-12-

Operación y mantenimiento

En la descripción que sigue trataremos básicamente de la interfaz radio, o capa física, con algunas breves indicaciones sobre aspectos de interfuncionamiento y explotación.

Como marco general de la capa física se indican a continuación sus especificaciones fundamentales y aspectos operativos de mayor relieve.

1) Bandas de frecuencias - Transmisión estación móvil 890-915 Mhz - Transmisión estación base 935-960 Mhz 2) Separación dúplex - 45 MHz. 3) Separación de canales

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200 KHz, que proporciona un valor mínimo de selectividad de canal RF adyacente dentro del sistema igual a 18 dB. Los valores correspondientes a los segundos y terceros canales son, respectivamente, 50 dB y 58 dB como mínimo.

4) Modulación La modulación es GMSK con BbT =0,3 y velocidad de modulación 270,83 Kbit/s en RF, con un rendimiento espectral aproximado de 1 bit/s/Hz. 5) Retardo compensable máximo 223 microseg.

6) Dispersión Doppler Puede compensarse la dispersión Doppler del canal hasta velocidades del móvil de 200 km/h.

7) PIRE máxima de la estación base 500 W por portadora.

8) Dispersión temporal Puede ecualizarse una dispersión temporal hasta 16 ps.

9) Codificación de canal Se utiliza un código bloque detector y un código convolucional corrector de errores, con entrelazado de bits para combatir las ráfagas de errores.

10) Potencia nominal de las estaciones móviles Hay diversos tipos de estaciones, con potencias de cresta iguales a 2, 5, 8 y 20 W. 11) Estructura celular y reutilización La estructura celular es sectorizada, de tipo 3/9 ó 4/12 en medios urbanos. En medios rurales las células son omnidireccionales. El radio celular varia entre 35 km (zonas rurales) y 1 km (zonas urbanas).

12) Acceso múltiple Se utiliza TDMA con 8 intervalos de tiempo por trama. La duración de cada intervalo es de 0,577 miliseg. La trama comprende 8 canales físicos que transportan los canales lógicos de tráfico y señalización asociada al canal.

Se han establecido también estructuras de multitrama para señalización por canal común.

13) Canales de tráfico Hay dos clases de canales de tráfico para voz y datos, respectivamente: 13 a) Canal de tráfico para voz.

Se han definido canales de velocidad total y de velocidad mitad para los cuales el codec vocal proporciona señales de 13 kbit/s y 6,5 kbit/s, respectivamente.

13 b) Canal de tráfico para datos.

Se sustentan servicios de datos de tipo transparente a velocidades de 2,4; 4,8 y 9,6 Kbit/s con diferentes procedimientos de adaptación de velocidad, codificación de canal y entrelazado.

Se admiten servicios de datos de naturaleza no transparente con una velocidad neta de 12,0 Kbit/s.

14) Canales de control Se han establecido tres categorías de canales de control: - Difusión.

- Comunes.

- Dedicados.

15) Protecciones radioeléctricas Bajo mandato de la red, los móviles pueden efectuar sus transmisiones cambiando de frecuencia de una trama a otra. A esta modalidad de funcionamiento se le llama saltos de frecuencia FH (Frequency Hopping). Se consigue así una mejora de la calidad ya que la FH produce un efecto similar al de la

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diversidad de frecuencia y, además, reduce el número de fuentes de interferencia.

Puede también utilizarse la técnica de transmisión discontinua (DTX) en virtud de la cual únicamente hay emisión de señal RF cuando el usuario está hablando. De esta forma se reduce el nivel de interferencia y se prolonga la duración de la batería.

16) Selección de célula En situación de reposo el móvil está vinculado a una célula, de forma que pueda interpretar con gran fiabilidad las señales de control del enlace descendente y, asimismo con gran probabilidad, establecer una comunicación por el enlace ascendente.

La condición para efectuar la selección de célula se basa en criterios de pérdida de propagación. Si se rebasa un umbral de pérdida, o si el móvil es incapaz de decodificar los bloques de control o de efectuar el acceso a la estación base, inicia el proceso de reselección.

17) Localización automática Se efectúa mediante la evaluación, por parte del móvil, de la señal de control y la devolución de su identidad a la red.

La localización automática debe ser posible entre los centros de conmutación del servicio móvil (MSC) de cada país y entre paises.

18) Conmutación en curso La conmutación en curso o traspaso asegura la continuidad de una comunicación cuando el móvil pasa de la zona de cobertura de una célula a la de otra. Puede también emplearse para aliviar una congestión de tráfico (traspaso gobernado por la red). El traspaso puede hacerse entre un canal de una célula y otro de una adyacente o entre canales de la misma célula.

La estrategia de traspaso se basa en el control del enlace mediante mediciones efectuadas por las estaciones móvil y base. El móvil supervisa el nivel y calidad de la señal descendente enviada por la estación base que le atiende así como de las células vecinas. La estación base supervisa el nivel y calidad de la señal ascendente para cada móvil. Las mediciones de nivel se utilizan también para el control de la potencia de RF. Es posible el traspaso entre diferentes zonas de localización y centrales MSC pertenecientes a la misma PLMN. 19) Señalización La señalización entre las estaciones base y la MSC sigue un procedimiento estructurado, similar al de la RDSI. Entre las MSC se utiliza el sistema de señalización por canal común Nº. 7 del ITU-T. 20) Numeración El plan de numeración es conforme con las Recomendaciones de la Serie E del ITU-T. 21) Seguridad Se ha establecido una técnica de cifrado para las comunicaciones de voz y datos así como un complejo sistema de autentificación para el acceso al sistema por parte de los terminales.

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ARQUITECTURA DEL SISTEMA GSM El sistema GSM se estructura en unidades funcionales e interfaces. Las primeras son entidades que tienen a su cargo la ejecución de las funciones del sistema. Las interfaces son las fronteras de separación entre las unidades. El conjunto organizado de estos elementos constituye la arquitectura funcional de GSM y se ha representado en la Figura siguiente

A

NMC

Abis

Um

OMC VLR EIR AUC HLR

MSC

BSC

BCF + TRX

MS

BTS

RTB

RDSI

GMSC

PLMN

VLR

BSS

NSS En el esquema de la figura hay tres grandes bloques que son: - El subsistema de estación base BSS (Base Station Subsystem).

- El subsistema de conmutación y red NSS (Network Switching Subsystem).

- El conjunto de estaciones móviles MS (Mobile Stations).

Entre estos subsistemas funcionales, se han definido las dos interfaces básicas siguientes: - Interfaz de línea, denominada «A» entre el NSS y el BSS. - Interfaz aérea o interfaz radio, denominada «Um» entre el BSS y el bloque de MS. En los bloques anteriores, se definen las siguientes unidades funcionales: Dentro del BSS: 1) Las funciones de control BCF (Base station Control Functions) y los equipos TRX que constituyen la unidad funcional BTS (Base Station Transceivers).

2) El controlador de estación base BSC (Base Station Controller).

Dentro del NSS: 1) Los centros de conmutación de servicios móviles MSC (Mobile Switching Center) con sus registros de visitantes VLR (Visitors Location Register).

2) El MSC de cabecera GMSC (Gateway MSC) a través del cual se efectúa la conexión de la PLMN/GSM con las redes públicas externas: RTB, RDSI, otras PLMN. .

3) El registro general de abonados HLR (Home Location Register).

4) El registro de identidad de equipos FIR (Equipment Identity Register).

5) El centro de autentificación AUC (Autenthication Center).

6) El centro de operación y mantenimiento OMC (Operation and Management Center).

7) El centro de gestión de red NMC (Network Management Center).

A fin de que las estaciones base sean más sencillas pueden ejecutarse muchas funciones de control de forma centralizada en el BSC, del cual dependerán varias BTS. Para el caso en que se utilice esta configuración, se ha definido una interfaz denominada A-bis entre el BSC y los BTS.

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La partición funcional más importante tiene lugar en la interfaz «A» donde se separan las funciones relativas a los aspectos de red y conmutación (asociadas al MSC, VLR y HLR) y las relacionadas con los aspectos radioeléctricos, ejecutadas en el BSS. Entre las primeras cabe destacar las siguientes: - Autentificación.

- Localización y radiobúsqueda.

- Interfuncionamiento con redes asociadas (RTB, RDSI).

Las funciones básicas de los elementos más importantes del esquema de arquitectura son: MSC: Realiza todas las actividades de conmutación y gestión de las llamadas desde/hacia las estaciones móviles.

Registros de localización: Almacenan informaciones relativas a los abonados residentes y visitantes. El HLR es el registro general de abonados, donde se almacenan el tipo de abono, código de identificación, número, etc. El VLR es un registro de visitantes o transeúntes, donde se inscribe temporalmente un abonado cuando está fuera de la zona de servicio de su central.

En el centro de autentificación se almacena información de identidad del abonado móvil y de su equipo para la verificación de las llamadas.

El centro de operación y mantenimiento ejecuta funciones de supervisión técnica del sistema y ayuda a la localización de averías. Genera también estadísticas de servicio.

Para las estaciones móviles se han establecido varías configuraciones según el servicio de telecomunicación que vayan a prestar, como se indica en la figura siguiente.

Um MT0

Configuraciones de Estación Móvil S

SISTEMA DE ESTACIÓN BASE

MT1

ET1

BSS

MT1

AT

MT2

R ET2

ET2

Para el servicio de telefonía (voz) la configuración es la MT0 y la MS no tiene conectado ningún tipo de terminal. Para servicios de datos deberá conectarse un equipo terminal TE (Terminal Equipment) adecuado; clasificándose las MS según el tipo de equipo. Las MS de clase MT1 incluyen TE de naturaleza RDSI conectados a través de las interfaces S y R definidos para esa red, ya sea directamente o a través de adaptadores de terminal TA (Terminal Adapters). La MT2 admite la conexión desde la interfaz R. SERVICIOS DE TELECOMUNICACIÓN EN GSM Desde el principio se concibió GSM como un sistema multiservicio. Las especificaciones se redactaron empleando conceptos de servicios RDSI por lo que los servicios que ofrece GSM se clasifican en: - Servicios portadores.

- Teleservicios.

- Servicios suplementarios Servicios portadores.- Los servicios portadores se establecen entre terminaciones de red en ambos extremos y ofrecen al usuario una capacidad de transporte independiente del contenido de la información, con diversas modalidades de funcionamiento que se especifican mediante los siguientes atributos:

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1) De transferencia de información - Tipo (voz, datos).

- Modo (conmutación de circuitos, de paquetes).

- Velocidad de datos (300-9600 bit/s).

- Direccionalidad (símplex, dúplex).

2) De acceso - Protocolo (manual, series de recomendaciones X, V, etc. del ITU-T).

- Tipo de interfaz.

- Velocidad de datos en el punto de acceso.

3) De interfuncionamiento - Tipo de red de destino (RTB, RDSI, PLMN).

- Interfaz terminal-red.

4) Generales - Servicios suplementarios anexos al servicio básico.

- Calidad de servicio.

En la Recomendación GSM 02.02 se especifican diversos servicios portadores cuyas características generales son: * Datos síncronos/asíncronos con conmutación de circuitos. * Acceso a funciones de empaquetado/desempaqueiado PAD (Packet Assembly Dissassembly) para datos asincronos. * Acceso a redes públicas de paquetes X.25 para datos síncronos a 2400-9600 bit/s. * Conmutación voz/datos durante una llamada en forma alternada voz/datos o voz seguida de datos. * Sustentación de técnicas de retransmisión automática ARQ (Automatic Request) para mejora de la tasa de errores en modo no transparente.

Teleservicios.- Los teleservicios son servicios de telecomunicación que proporcionan una capacidad completa de comunicación entre los usuarios, incluidas las funciones de terminal. Permiten también el acceso del usuario a algunas funciones de red, como el almacenamiento y tratamiento de mensajes. En GSM se ofrecen, entre otros, los siguientes: 1) Telefonía con voz digitalizada a velocidades de 13 kbit/s (velocidad total: calidades normal y mejorada) y 6,5 kbit/s (velocidad mitad). Se incluye aquí el servicio de llamadas de emergencia.

2) Mensajes cortos SMS (Short Message Service): - Punto a punto: con origen o destino en una MS. - Punto-multipunto: difusión desde la BS. Envío y recepción de hasta 160 caracteres a través de un centro de control. Los mensajes pueden leerse en la pantalla del teléfono móvil o en un PC que disponga de programas de gestión de MS. 3) Almacenamiento y tratamiento de mensajes. Este servicio de mensajería vocal permite el almacenamiento de los mensajes no atendidos, por estar el teléfono móvil desconectado o fuera de cobertura. El usuario, llamando a su buzón puede recuperarlos en cualquier momento y realizar ciertas operaciones de tratamiento como borrado, ordenación y repetición.

4) Facsímil. Es posible la conexión de aparatos facsímil del Grupo 3 de forma automática o alternada con la voz para la transmisión/recepción de documentos en la estación móvil.

5) Teletext.

Servicios suplementarios.- Los servicios suplementarios modifican o complementan un servicio básico de forma que el usuario puede elegir ciertos aspectos de su prestación. En GSM, los servicios suplementarios son, fundamentalmente, servicios sobre llamadas. A continuación se enumeran algunos a título de ejemplo.

-Identificación de números CLIP (Calling Line Identification Presentation): presentación en la pantalla del teléfono móvil del

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número del abonado que llama.

- Tratamiento de llamadas entrantes CFU (Call Forwarding Unconditional): reencaminamiento de llamadas en todos los casos.

CFNRy (Call Forwarding on No Replay): reencaminamiento de la llamada cuando no contesta el abonado llamado.

CENRc (Call Forwarding on mobile subscriber Not Reachable): reencaminamiento cuando el teléfono móvil llamado está desconectado o en un lugar donde no hay cobertura.

CFB (Call Forwarding on mobile subscriber Busy): reencaminamiento de la llamada cuando el abonado llamado está ocupado con otra llamada.

- Complementación de llamadas CW (Call Waiting): llamada en espera.

HOLD (Call holding): retención de llamada.

- Multiconferencia MPTY (Multiparty): llamada con múltiples participantes.

- Comunidad de intereses CUG (Closed User Group): grupo cerrado de usuarios únicos participantes en la llamada.

-Tarificación AOC (Advice Of Charge): indicación de coste de la llamada en curso.

REVC (Reverse Charging): cobro revertido.

-Transferencia de información adicional UUS (User-to-User Signalling): señalización entre usuarios - Restricciones de llamadas BAOC (Barring All Outgoing Calls): prohibición de realizar llamadas.

BOIC (Barring all Outging International Calls): prohibición de realizar llamadas internacionales.

BOIC ex HC (Barring all Outgoing International Calls except those directed towards the Home PLMN Country): prohibición de realizar llamadas internacionales salvo las dirigidas al país de origen.

BAIC (Barring AlI Incoming Calls): prohibición de entrada de llamadas.

BIC-roam (Barring Incoming CalIs when roaming outside the home PLMN country): prohibición de entrada de llamadas cuando el abonado está itinerante en una PLMN ajena CALIDAD DE SERVICIO (QoS) A continuación se relacionan objetivos generales de calidad del servicio telefónico para GSM: - Tiempo entre el encendido de la MS y la disponibilidad del servicio: 4 seg. en la red local (H-PLMN).

10 seg. en la red visitada (V-PLMN).

- Tiempos de conexión/liberación con la red destinataria de la llamada: 4 seg/2 seg.

- Tiempo de aviso a la MS de una llamada entrante: 4 seg. en primera tentativa.

15 seg. en última tentativa.

- Retardo unidireccional máximo: 90 mseg.

- Inteligibilidad de la voz: 90%.

- Interrupción máxima en el traspaso: 100 mseg. dentro de la misma BTS. 150 mseg. entre BTS distintas.

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DIVISIÓN FUNCIONAL DE LA PLMN/GSM La división funcional básica de la red PLMN/GSM tiene lugar en e1 interfaz A. Las funciones se dividen en dos grandes grupos: a) Funciones propias de red: transmisión y conmutación, que abarcan las entidades MSC, VLR y HLR. b) Funciones relativas a los aspectos radioeléctricos, ejecutadas en el BSS. Las entidades del primer grupo realizan tareas de gestión de recursos, interfuncionamiento con otras redes, señalización, control de las llamadas y cifrado de la información de usuario. En general, son responsables de la gestión de la movilidad.

El BSS tiene a su cargo la gestión de los canales de radio que comprende, entre otras, las funciones de asignación de canales, supervisión de la calidad de transmisión, organización temporal de mensajes, codificación y conversión de velocidad.

Las entidades de ambos grupos cooperan en la ejecución de algunas tareas. Por ejemplo, aunque la liberación de un canal la ordena, en principio, la MSC el BSS puede solicitar una liberación si la llamada se ha degradado debido a condiciones de propagación adversas. También cooperan en el tratamiento de los informes de medición de señal efectuados por la MS y que se utilizan como ayuda para el traspaso, así como en el transporte de los parámetros utilizados para la autentificación del abonado móvil y de su equipo.

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Anexos

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Plantilla 1 para ejercicios de programaci贸n de estructura TST 0

0

0 1 2 3 45 6 7 8 . . . .

28 29 30 31

0 1 2 3 45 6 7 8 . . . .

28 29 30 31 1

1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 . . . .

28 29 30 31 2

0 1 2 3 4 5 6 7 8 .. . .

28 29 30 31

0 1 2 3 4 5 6 7 8 . . . .

28 29 30 31

0 1 2 3 4 5 6 7 8 . . . .

28 29 30 31 2 0 1 2 MIC INTERM. ENT.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 .. . .

28 29 30 31

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MIC 1 MIC 1

MIC 2

MIC 0

2 1 MIC 1

MIC 2

MIC 1

MIC 2

0 MIC 0 0

MIC 0

MIC INTERM. ENT.

MIC 2

0

MIC 0

Plantilla 2 para ejercicios de programaci贸n de estructura TST

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MIC 1 MIC 1

MIC 2

MIC 0

2 1 MIC 1

MIC 2

MIC 1

MIC 2

0 MIC 0 0

MIC 0

MIC INTERM. ENT.

MIC 2

0

MIC 0

Plantilla 3 para ejercicios de programaci贸n de estructura TST

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Conversor A/D y Multiplexor de trama E1 (Trama básica europea a 2 Mb/s) registro 8bits

CN 0 Palabra de alineamiento de trama

b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7

Multiplex 8/1

b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7

Salida

C0

C0 C1 C2 CN 1

b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 F.Conv.

Señal analógica 1

clk Señal analógica 2

Señal analógica 15

Conversor A/D 8bits

registro 8bits

b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 Hab.

clk

Multiplex 8/1

b0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7

C1

C0 C1 C2

CN 2

C2

CN 15 CN 16

Salida

Trama 2 Mb/s E1

C15 C16

Palabra de señalización

Señal analógica 16

CN 17

C17

Señal analógica 30

CN 31

C31

Salida

Reloj 8 Khz clk/256

clk Reloj 2,048 Mhz

reset

clk

clk

Contador 8 bits

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Conversor / Multiplexor de trama E1 a trama AXE Conv/Mult b7

Carga

MIC AXE 7

Hab.

clk

C0

Conv/Mult b1

Carga

MIC AXE 1

Hab.

Conv/Mult b0

clk Registro desplazamiento 16 bit

Ent. paral.

BUS 16 bits

Carga

Sal. serie

Hab.

Ent 0

clk Sal.

Registro desplazamiento 16 bit

Ent. paral.

Carga

C0

Sal. serie

Hab.

clk

Control de alineamiento

MIC AXE 0

Ent 1

C0

sal clk Canal par Clk bit

clk

b0 c0

reset

Contador Decimal

Reloj 4,096 Mhz

clk

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Abonado 1 Bobina Híbrida

C2

Abonado 2

C1

C0

MIC out 0 Bobina Híbrida

C2

C1

C0

Abonado 3 Bobina

MIC in 0

Híbrida

Abonado 4 Bobina Híbrida

C2

C1

C0

MIC out 1

Abonado 45 Bobina Híbrida

Conmutador TS C2

C1

C0

Abonado 6 Bobina

MIC in 1

Híbrida

Abonado 7 Bobina Híbrida

C2

Abonado 8

C1

C0

MIC out 2 Bobina Híbrida

C2

C1

Abonado 9 Bobina

MIC in 2

Híbrida

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C0