Red celular

Red celular

Parte superior de una torre de radio celular

Una red de telefonía móvil es un radio de red de distribución en las zonas terrestres llamadas células, cada
una atendida por al menos una ubicación fija receptor conocido como un sitio de la celda o estación base .
Cuando se unen estas células proporcionan cobertura de radio sobre un área geográfica amplia. Esto
permite que un gran número de transmisores-receptores portátiles (por ejemplo, teléfonos móviles ,
buscapersonas , etc) para comunicarse entre sí y con los transmisores-receptores fijos y teléfonos en
cualquier lugar de la red, a través de estaciones de base, incluso si algunos de los transceptores se están
moviendo a través de más de una célula durante la transmisión.

Las redes celulares ofrecen una serie de ventajas sobre las soluciones alternativas:

aumento de la capacidad
reducido el uso de energía
la cobertura de un área más grande
reducción de la interferencia de otras señales

Un ejemplo de un simple y no del sistema telefónico celular es un viejo taxi, el sistema conductor de radio,
donde la compañía de taxis tiene varios transmisores en torno a una ciudad que puede comunicarse
directamente con cada taxi.

El concepto
En un radio celular del sistema, un área de tierra a un suministro de servicio de radio se divide en células en
forma normal, que puede ser hexagonal, cuadradas, circulares o algunas formas irregulares otros, aunque
las células hexagonales son convencionales. Cada una de estas células se asigna múltiples frecuencias (f 1 -
f 6), que tienen sus correspondientes estaciones base de radio . El grupo de frecuencias pueden ser
reutilizadas en otras células, siempre que las mismas frecuencias que no se reutilizan en celdas adyacentes
vecinos, que podría causar la interferencia entre canales .

El aumento de la capacidad en una red celular, en comparación con una red con un solo transmisor, viene
del hecho de que la misma frecuencia de radio se pueden reutilizar en un área diferente para una
transmisión completamente diferente. Si hay un transmisor llano único, sólo una transmisión puede ser
utilizado en cualquier frecuencia dada. Desgraciadamente, es inevitable un cierto nivel de interferencia de
la señal de las otras células que utilizan la misma frecuencia. Esto significa que, en un sistema estándar
FDMA, debe ser al menos una brecha de celular entre las células que volver a utilizar la misma frecuencia.

En el caso simple de la empresa de taxis, cada uno tenía un canal de radio manual selector para ajustar a
diferentes frecuencias. Ya que los pilotos se movían, que iba a cambiar de canal en canal. Los
controladores sabían que la frecuencia cubiertos aproximadamente en qué área. Al no recibir una señal

desde el transmisor, se trataría de otros canales, hasta que encontraron uno que trabajó. Los taxistas sólo
hablan de uno en uno, cuando sean invitados por el operador de la estación base (en un sentido TDMA ).

codificación de la señal celular
Para distinguir las señales de varios transmisores diferentes, el acceso múltiple por división de frecuencia
(FDMA) y acceso múltiple por división de código (CDMA) se han desarrollado.

Con FDMA, las frecuencias de transmisión y recepción en cada célula son diferentes de las frecuencias
utilizadas en cada celda vecina. En un sistema de taxis simple, el conductor del taxi manualmente
sintonizado a una frecuencia de una célula de elección para obtener una señal fuerte y para evitar
interferencias de señales de otras células.

El principio de CDMA es más complejo, pero consigue el mismo resultado, la distribución transceptores
puede seleccionar una celda y escucharla.

Otros métodos disponibles de multiplexación como el acceso polarización múltiple por división (PDMA) y
Time Division Multiple Access (TDMA), no se puede utilizar para señales separadas de una célula a la
siguiente, ya que los efectos de ambas varían con la posición y esto haría que la separación de la señal
prácticamente imposible . Tiempo de acceso múltiple por división , sin embargo, se utiliza en combinación
con FDMA o CDMA en una serie de sistemas para dar múltiples canales en el área de cobertura de una
sola célula.

reutilización de frecuencias
La característica clave de una red celular es la capacidad de re-uso de frecuencias para incrementar la
cobertura y capacidad. Como se describió anteriormente, las celdas adyacentes que utilizan diferentes
frecuencias, sin embargo no hay ningún problema con dos células lo suficientemente separadas que operan
en la misma frecuencia. Los elementos que determinan la reutilización de frecuencias son la distancia de
reutilización y el factor de reutilización.

La distancia de la reutilización, el D se calcula como

donde R es el radio de la celda y N es el número de células por racimo. Las células pueden variar de radio
en las gamas (1 km a 30 km). Los límites de las células también pueden solaparse entre las células
adyacentes y células grandes se pueden dividir en células más pequeñas [1]

El factor de reutilización de frecuencias es la velocidad a la que puede ser la misma frecuencia utilizada en
la red. Que es 1 / K (o K de acuerdo con algunos libros), donde K es el número de células que no pueden
utilizar las mismas frecuencias de transmisión. Valores comunes para el factor de reutilización de
frecuencias son 1 / 3, 1 / 4, 1 / 7, 01/09 y 12/01 (o 3, 4, 7, 9 y 12 dependiendo de la notación).

En el caso de las antenas de sector N en el sitio mismo de la estación base, cada uno con diferente
dirección, la estación base puede servir N diferentes sectores. N suele ser 3. Un patrón de reutilización de
N / K denota una mayor división en frecuencia entre las antenas de sector N por sitio. Algunos patrones de
reutilización actuales e históricos son 3 / 7 (AMPS Norte América), 6.4 (Motorola NAMPS), y 3 / 4
(GSM).

Si el total disponible de ancho de banda es B, cada celda sólo se puede utilizar un número de canales de
frecuencia que corresponde a un ancho de banda de B / K, y cada sector se puede utilizar un ancho de
banda de B / NK.

Código de acceso múltiple por división de sistemas basados en el uso de una banda de frecuencias más
amplio para lograr la misma velocidad de transmisión que FDMA, pero esto se compensa con la
posibilidad de utilizar un factor de reutilización de frecuencias de 1, por ejemplo, usando un patrón de
reutilización de 1 / 1. En otras palabras, al lado de emplazamientos para estaciones base utilizan las mismas
frecuencias, y las estaciones base diferentes y los usuarios están separados por códigos en lugar de las
frecuencias. Mientras que N se muestra como 1 en este ejemplo, eso no significa que la celda CDMA tiene
un solo sector, sino que el ancho de banda de toda la celda también está disponible para cada sector por
separado.

Dependiendo del tamaño de la ciudad, un sistema de taxis no tienen una frecuencia reutilización en su
propia ciudad, pero sí en otras ciudades cercanas, la misma frecuencia se puede utilizar. En una gran
ciudad, por el contrario, la frecuencia de reutilización sin duda podría estar en uso.

Recientemente también división de frecuencia ortogonal de acceso múltiple basado en los sistemas, tales
como LTE se despliegan con una reutilización de frecuencias de 1. Dado que estos sistemas no transmiten
la señal a través de la banda de frecuencia, entre las células de gestión de recursos de radio es importante
para la asignación de recursos entre las coordenadas de los sitios de células y de limitar la interferencia
entre celdas. Hay varios medios de coordinación de la interferencia entre celdas (ICIC) ya definidos en la
norma. [2] haz programación coordinada, multi-sitio MIMO o varios sitios de formación son otros ejemplos
de inter-célula de gestión de recursos de radio que pueden ser estandarizados en el futuro.

Las antenas direccionales
Aunque el original 2-radio bidireccional, las torres de celulares se encontraban en los centros de las células
y se omni-direccional, un mapa celular puede volver a dibujar con las torres de telefonía celular ubicadas
en las esquinas de los hexágonos que las células tres convergen. [3] Cada torre tiene tres conjuntos de
antenas direccionales dirigido en tres direcciones diferentes con 120 grados de cada celda (por un total de
360 grados) y el receptor / transmisor en tres diferentes células en diferentes frecuencias. Esto proporciona
un mínimo de tres canales (de tres torres) para cada celda. Los números de la ilustración son los números
de canal, que se repiten cada tres células. Células grandes se pueden subdividir en células más pequeñas de
las zonas de alto volumen. [4]

Los mensajes de difusión y paginación
Prácticamente todos los sistemas celulares tiene algún tipo de mecanismo de difusión. Esto se puede
utilizar directamente para la distribución de información a móviles múltiples, comúnmente, por ejemplo, en
telefonía móvil, los sistemas, el uso más importante de la emisión de información es la creación de canales
de uno a uno la comunicación entre el transceptor móvil y la estación base. Esto se llama paginación.

Los detalles del proceso de paginación varían ligeramente de una red a otra, pero por lo general sabemos
que un número limitado de células donde se encuentra el teléfono (este grupo de células se llama una zona
de ubicación en el GSM o UMTS del sistema, o del área de enrutamiento si un sesión de paquetes de datos
está involucrado). Paginación se lleva a cabo mediante el envío de mensaje de difusión a todas las células.
Mensajes de paginación se puede utilizar para la transferencia de información. Esto sucede en los
buscapersonas , en CDMA sistemas de envío de SMS de mensajes, y en el UMTS sistema en el que se
permite la baja latencia de bajada en las conexiones basadas en paquetes.

Movimiento de celda a celda y traspaso
En un sistema de taxis primitivo, cuando el taxi se alejó de una torre primero y más cercano a una segunda
torre, el conductor del taxi de conmutación manual de una frecuencia a otra, según sea necesario. Si la
comunicación se interrumpió debido a la pérdida de una señal, el conductor del taxi le preguntó el operador
de la estación base para repetir el mensaje en una frecuencia diferente.

En un sistema celular, ya que los transceptores móviles distribuidos pasar de una célula a otra durante una
comunicación continua en curso, el cambio de la frecuencia de células a una frecuencia de células
diferentes se hace electrónicamente, sin interrupción y sin un operador de la estación base o el cambio
manual. Esto se conoce como la entrega o traspaso. Por lo general, un nuevo canal se selecciona
automáticamente para la unidad móvil en la nueva estación base que va a servir. La unidad móvil cambia
automáticamente a partir del canal actual al nuevo canal y continúa la comunicación.

Los detalles exactos de mover el sistema móvil de una estación base a otra varía considerablemente de un
sistema a otro (véase el siguiente ejemplo de cómo una red de telefonía móvil gestiona la entrega).

Ejemplo de una red de telefonía móvil: la red de telefonía móvil

GSM arquitectura de red

El ejemplo más común de una red de telefonía móvil es un teléfono móvil (celular) de la red. Un teléfono
móvil es un aparato portátil de teléfono que recibe o realiza llamadas a través de un sitio de celda (estación
base), o la transmisión de la torre. Las ondas de radio se utilizan para transferir señales hacia y desde el
teléfono celular.

Modernas redes de telefonía móvil utilizan las células porque las frecuencias de radio son un recurso
limitado y compartido. Células sitios y la frecuencia de cambio de teléfonos bajo el control del ordenador y
el uso de transmisores de baja potencia para que un número limitado de frecuencias de radio pueden ser
utilizados simultáneamente por muchas personas que llaman con menos interferencias.

Una red de telefonía celular es utilizado por el operador de telefonía móvil para lograr la cobertura y
capacidad de sus suscriptores. Grandes áreas geográficas se dividen en células más pequeñas para evitar la
línea de visión directa la pérdida de señal y para apoyar un gran número de teléfonos activos en esa área.
Todos los sitios de células están conectadas a centrales telefónicas (o switches), que a su vez se conectan a
la red telefónica pública .

En las ciudades, cada sitio puede tener un alcance de hasta aproximadamente ½ milla, mientras que en las
zonas rurales, el rango puede ser de hasta 5 millas. Es posible que en la limpieza de las zonas abiertas, un
usuario puede recibir señales de un sitio de la célula de 25 kilómetros de distancia.

Dado que casi todos los teléfonos móviles utilizan tecnología celular, incluyendo GSM , CDMA y AMPS
(analógico), el término "teléfono celular", en algunas regiones, especialmente en los EE.UU., se usa
indistintamente con "teléfono móvil". Sin embargo, los teléfonos por satélite son los teléfonos móviles que
no se comunican directamente con una torre celular con base en tierra, pero puede hacerlo indirectamente a
través de un satélite.

Hay un número de diferentes tecnologías celulares digitales, incluyendo: Sistema Global para
Comunicaciones Móviles (GSM), General Packet Radio Service (GPRS), Code Division Multiple Access
(CDMA), Evolution-Data Optimized (EV-DO), Velocidades de Datos Mejoradas para GSM Evolution
(EDGE), 3GSM , Digital Enhanced Cordless Telecommunications (DECT), AMPS digital (IS-
136/TDMA), y integrated Digital Enhanced Network (iDEN).

Estructura de la red de telefonía móvil celular

Artículo principal: GSM

Una visión simple de la telefonía móvil celular, radio de la red consiste en lo siguiente:

Una red de estaciones base de radio que forman el subsistema de estación base .
El núcleo de red de conmutación de circuitos para el manejo de las llamadas de voz y texto
Una red de conmutación de paquetes para el manejo de datos móviles
La red telefónica pública conmutada para conectar los abonados a la red de telefonía más amplio

Esta red es la base de la GSM red del sistema. Hay muchas funciones que son realizadas por esta red con el
fin de asegurarse los clientes obtener el servicio deseado, incluyendo la gestión de la movilidad, el registro,
establecimiento de llamadas, y la entrega .

Cualquier teléfono se conecta a la red a través de una RBS ( Estación de Radio Base ) en una esquina de la
celda correspondiente que a su vez se conecta con el centro de conmutación móvil (MSC). El MSC ofrece
una conexión a la red telefónica pública conmutada (PSTN). El enlace de un teléfono a la RBS se llama un
enlace ascendente, mientras que el otro se denomina enlace descendente.

Canales de radio con eficacia el uso del medio de transmisión a través del uso de los siguientes esquemas
de multiplexación: múltiple por división de frecuencia (FDM), múltiplex por división de tiempo (TDM),
multiplexión por división de código (CDM), y la división de espacio múltiple (SDM). Correspondientes a
estos esquemas de multiplexación son las técnicas de acceso: acceso múltiple por división de frecuencia
(FDMA), acceso múltiple por división de tiempo (TDMA), acceso múltiple por división de código
(CDMA), y el acceso múltiple por división de espacio . (SDMA) [5]

Celular entrega en redes de telefonía móvil

Artículo principal: Handoff

A medida que el usuario del teléfono se mueve de un área de la celda a otra celda, mientras una llamada
está en progreso, la estación móvil será la búsqueda de un nuevo canal para insertarse en el fin de no dejar
caer la llamada. Una vez que un nuevo canal se encuentra, la red estará al mando de la unidad móvil para
cambiar al nuevo canal y al mismo tiempo cambiar la llamada en el nuevo canal.

Con CDMA , múltiples teléfonos CDMA comparten un canal de radio específico. Las señales se separan
mediante un pseudonoise código (código PN) específicas para cada teléfono. A medida que el usuario se
mueve de una célula a otra, el teléfono establece enlaces de radio con varios sitios de la célula (o sectores

de un mismo sitio) simultáneamente. Esto se conoce como "transferencia suave" porque, a diferencia de la
tecnología celular tradicional, no hay un punto definido en el teléfono cambia a la nueva celda.

En IS-95 entre las entregas y mayor frecuencia de los sistemas analógicos, tales como NMT por lo general
no será posible poner a prueba el canal que va directamente al comunicarse. En este caso, de otras técnicas
que se utilizan como balizas piloto de IS-95. Esto significa que casi siempre hay una breve pausa en la
comunicación en la búsqueda del nuevo canal seguido por el riesgo de un regreso inesperado a la del
antiguo canal.

Si no hay una comunicación constante y la comunicación puede ser interrumpido, es posible que la unidad
móvil de moverse espontáneamente a partir de una célula a otra y luego notificar a la estación base con la
señal más fuerte.

elección de la frecuencia celular en redes de telefonía móvil

Artículo principal: las bandas de frecuencia GSM

El efecto de la frecuencia en la cobertura de la celda significa que diferentes frecuencias sirven mejor para
diferentes usos. Las frecuencias bajas, como 450 MHz de NMT, sirven muy bien para la cobertura de
campo. GSM 900 (900 MHz) es una solución adecuada para la cobertura urbana de luz. GSM 1800 (1,8
GHz) comienza a ser limitada por muros estructurales. UMTS , de 2,1 GHz es muy similar en la cobertura
de GSM 1800.

Las frecuencias más altas son una desventaja cuando se trata de la cobertura, pero es una ventaja decisiva
cuando se trata de la capacidad. Células Pico, referidas, por ejemplo un piso de un edificio, a ser posible, y
la misma frecuencia se puede utilizar para las células que son prácticamente vecinos.

Área de la celda de servicios también puede variar debido a la interferencia de los sistemas de transmisión,
tanto dentro como alrededor de la celda. Esto es cierto especialmente en los sistemas basados en CDMA.
El receptor se requiere una cierta relación señal-ruido . A medida que el receptor se aleja del transmisor, la
potencia transmitida se reduce. A medida que la interferencia (ruido) se eleva por encima de la potencia
recibida desde el transmisor, y la potencia del transmisor no se puede aumentar más, la señal se corrompe y
eventualmente inservible. En los sistemas basados en CDMA, el efecto de la interferencia de otros
transmisores móviles en la misma celda en el área de cobertura es muy marcado y tiene un nombre
especial, la respiración celular .

Se puede ver ejemplos de la cobertura celular mediante el estudio de algunos de los mapas de cobertura
proporcionada por los operadores reales en sus sitios web. En algunos casos, pueden marcar el sitio de la
emisora, en otros se puede calcular mediante la elaboración de los puntos fuertes de la cobertura.

Comparación de cobertura de diferentes frecuencias

La siguiente tabla muestra la dependencia de la frecuencia en el área de cobertura de una célula de un
CDMA2000 red: [6]

Frecuencia (MHz) Celular radio (km) Área de la celda (km2) Recuento de Células relativa
450 48.9 7521 1
950 26.9 2269 3.3
1800 14.0 618 12.2
2100 12.0 449 16.2

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