Evolución de las comunicaciones móviles

Enric, Fraile Algeciras, Grupo Trabajo Radiocomunicaciones de Telecos.cat.

A principios de la década de los noventa, existía una gran expectativa hacia los nuevos sistemas Europeos de comunicaciones móviles. La rápida evolución tecnológica apoyada por la política de investigación y desarrollo de la Unión Europea, hacía prever un rápido crecimiento de estas tecnologías.

Este es el primer de varios artículos que tienen previsto acercarnos a estas tecnologías desde un punto de vista eminentemente práctico, entrando en algunos detalles de funcionamiento técnico. En primer lugar trataremos los sistemas móviles europeos definidos por el ETSI (European Telecomunications Standards Institute):

• Teléfono sin hilos (CTO, CT2, DECT).
• Radiotelefonía privada (RTP).
• Sistemas de grupo cerrado (RTGC, DSRR, MDTR).
• Radiobúsqueda (Pocsat, Hermes).
• Sistemas celulares (NMT, TACS, GSM).
• Servicio Universal de Comunicaciones Móviles (UMTS).
• Sistemas por satélites.

Repasaremos las configuraciones básicas de los sistemas de radiotelefonía privada (RTP), conoceremos la estructura de los sistemas de grupo cerrado (RTGC) finalizando con los nuevos sistemas digitales (DPMR) Digital PMR y (DMR) Digital Mobile Radio. En los próximos artículos profundizaremos tanto en la evolución de los sistemas privados (PMR) y públicos de telefonía.

El servicio de radiotelefonía móvil público está concebido como una extensión del servicio telefónico básico.

Dentro de lo que entendemos por comunicaciones móviles hay que diferenciar los sistemas públicos y privados. Algunos de los servicios públicos definidos en los 90 eran:

• Sistemas celulares.
• Sistemas de radiomensajería.
• Sistemas de telefonía sin hilos.
• Sistemas por satélites.

Sistemas celulares:

Antes de la aparición de los sistemas celulares la radiotelefonía se basaba en múltiples configuraciones de sistemas de radiocomunicaciones móviles de corta o media cobertura. Estas configuraciones denominadas Radio Telefonía Privada (RTP) de uso principalmente privado, se diseñaban dependiendo de las características propias de cada cliente.

La propia evolución de estos sistemas y en especial la introducción de la telefonía pública, produjo la aparición de los primeros sistemas celulares. El servicio de radiotelefonía móvil público está concebido como una extensión del servicio telefónico básico.

Los primeros estándares, aparecieron en los años 80 como el Nordic Mobile Telephone (NMT), desarrollado por Escandinavia y adoptado por otros países europeos o el Advanced Mobile Phone Service (AMPS), utilizado por EE UU desde 1983 y adoptado por Canadá y Australia.

Un tercer tipo de sistema basado en el AMPS pero con una mayor eficiencia del espectro radioeléctrico fue el Total Access Communications System (TACS), adoptado por Reino Unido en 1985 y secuencialmente utilizado por la mayoría de países europeos incluidos Italia, España e Irlanda.

Todos estos sistemas estaban basados en tecnología analógica y con la aparición de los sistemas digitales se conseguía:

• Hacer mucho más eficiente el espectro radioeléctrico, es decir, la utilización de más frecuencias dentro de la misma banda. Se ha calculado que comparado con el sistema analógico, un sistema digital aumenta de tres a cinco veces el número de usuarios utilizando la misma banda de frecuencias.
• Los sistemas digitales pueden producir una reducción del coste de los terminales, primero por necesitar una menor potencia y segundo por una circuitería menor.
• Al utilizar mensajes digitalizados, aumenta las privacidades de las comunicaciones.
• Aumenta el número de servicios a ofrecer.

La lógica evolución de estos sistemas, hizo que en 1987, 13 países europeos se pusieran de acuerdo para definir e implantar el pan-European Global System of Mobile Communications (GSM). El estándar GSM se fundó para un único mercado de telefonía celular europeo. Los principales países no Europeos que escogieron este sistema fueron Australia, India, Hong Kong, Nueva Zelanda y Singapur.

La utilización de un mismo estándar por la mayoría de países europeos, ha permitido el 'roaming' entre ellos.

El futuro de la telefonía móvil pasaba por la evolución hacia el Personal Communications Networks (PCN), que es simplemente la nueva generación del GSM. El estándar DCS-1800 (Digital Cellular System), es prácticamente el mismo que el utilizado por el GSM, con algunas diferencias muy pequeñas.

La evolución de estos sistemas permitía:

• Fabricar terminales de muy bajo consumo.
• Capacidad de operar tanto en interiores como exteriores.
• Aumento de la capacidad de tráfico.

De hecho, el PCN era el paso inevitable para llegar a un sistema de Telecomunicaciones Universal (UMTS).

En los últimos años se ha producido una nueva concepción en lo referente a comunicaciones móviles por satélite con la inclusión de sistemas basados en órbitas bajas.

Sistemas de radiomensajería

Los sistemas de radiomensajería, proporcionan llamadas selectivas unidireccionales y personales con algún tipo de alerta. La British Post Office, junto con fabricantes de varias partes del mundo, forman el Post Office Code Standardisation Advisory Group (POCSAG), con el fin de crear un estándar y el resultado es el protocolo POCSAG, que incluye transmisión de avisos y mensajes numéricos y alfanuméricos siendo adoptado por el CCIR (Comité Consultivo Internacional de Radiocomunicaciones) en febrero de 1982 como código nº1 y que ha sido el más extendido y popular.

El ETSI decidió en 1987 crear el Subcomité RES-4 con el propósito de que guiase los trabajos de estandarización de un nuevo sistema compatible a nivel europeo, conocido como ERMES (European Radio Message System). Hoy en día los sistemas de radiobúsqueda o Paging han quedado para usos más industriales o de emergencia, abandonándose prácticamente el uso particular que llegó a ser muy popular en los 90.

Sistemas de telefonía sin hilos

Desde la primera norma publicada para los teléfonos sin cordón (CT Cordless Telephone), conocida como CT0 aparecida en USA en los años ochenta ha ido evolucionando, CT1 CT2, siendo esta última, propuesta por el DTI (Departamento de Industria y Comercio de UK) como posible sistema paneuropeo de telefonía sin hilos digital. El CT3 que está pensado para entornos ofimáticos, de oficinas o de administración, es un estándar sueco que también quería apuntar hacia esta normalización europea.

Pero no es hasta el agosto de 1992, que el comité Técnico RES-3 (Radio Equipment and Services 3) del ETSI no propulsa el DECT (Digital Europen Cordless Telecomunications) como el verdadero estándar europeo.

Hoy en día con la telefonía IP los terminales inalámbricos han quedado relegados a terminales seudo DECT de aplicación en algunas oficinas o residencial.

Sistemas por satélite

Hasta hace poco el servicio móvil por satélite se basaba en sistemas geoestacionarios que servían de apoyo a las estaciones terrenas fijas proporcionando de 'interfaz' con la red telefónica conmutada, de paquetes, etc.

Se pueden destacar las redes VSAT (Very Small Aperture Terminal) que utilizan los satélites de las constelaciones Intelsat, Eutelsat, Inmarsat, Hispasat, etc.

Servicios como los del Inmarsat -B proporcionaban:

• Telefonía a 16 Kbits/s y a 9,6 Kbits/s, mediante codificación vocal.
• Télex bidireccional a 50 baudios.
• Datos a baja velocidad hasta 300 bits/s.
• Datos a 9,6 Kbits/s.
• Facsímil CCITT- grupo 3 hasta 9,6 Kbits/s.
• Llamadas de grupo en sentido tierra-móvil para todos los servicios.

Un sistema diseñado para la gestión de flotas de vehículos o grupos cerrados de usuarios conectados a una base es el Euteltracs que ofrecía comunicaciones de datos a baja velocidad por satélite en forma de mensajes cortos y de posición. Euteltraks se apoya en la organización Eutelsat.

En los últimos años venía produciéndose una nueva concepción en lo referente a comunicaciones móviles por satélite con la inclusión de sistemas basados en orbitas bajas. El sistema más conocido es el Iridium, que debe su nombre a la coincidencia entre el número de satélites que constituyen la constelación y el número de electrones que tendría el iridio según el modelo atómico de Bohr.

Aunque Motorola lo hizo público en 1987 pasaron algunos años hasta su puesta en servicio, formado por una red celular cuyas estaciones base son los 66 satélites en órbita a una altitud de 765 Km.

El Iridium ofrecería servicios de comunicación de voz y datos de carácter personal y con cobertura mundial.

Para las comunicaciones de voz se emplea codificación digital a 4,8 Kbits/s con un ancho de banda por canal de 8 KHz.

También prestaba servicios de localización, con dos grados de precisión.

Estos sistemas basados en satélites han quedado relegados a su utilización en zonas poco pobladas (desiertos, selvas, polos) o en operaciones militares, ONGs o comunidades científicas o deportivas. Habrá que esperar la evolución de estos sistemas para conocer su potencialidad en el campo de las comunicaciones móviles.

Conclusiones:

Sistemas que estaban previstos como el TFTS (Terrestrial Flight Telephone System) sistema de comunicaciones aeronáuticas concebido para ofrecer comunicaciones de voz y datos a los pasajeros de las aeronaves comerciales o privadas y los comentados anteriormente como el DSRR tenían unas previsiones de gran penetración, las necesidades del mercado han hecho que muchos de ellos sufran una gran demora en su implantación o incluso desaparezcan.

Los sistemas universales de comunicación (UMTS Universal Mobile Telecomunications System), tenían como finalidad terminar con la multiplicidad de servicios y crear una universalización de los mismos. Ya que solo sería necesario disponer de un terminal que utilizaríamos en el hogar, en la oficina, en el coche y en la calle.

La situación actual de nuestro país, es bien conocida por todos. Los sistemas celulares han evolucionado hacia la cuarta generación y los teléfonos inteligentes smartphone están realizando la función de ese terminal UMTS.

Se continúa utilizando los protocolos POCSAG para la radiobúsqueda. Pocos son los usuarios de telefonía sin hilos reservados a oficinas.

Los sistemas de PMR también han evolucionado hacia sistemas con características similares a los sistemas celulares, como los orientados a grupos cerrados (RTGC Radio telefonía de grupo cerrado).

La RTP (Radio Telefonía Privada), comúnmente denominada PMR (Private Mobile Radio), son redes de uso privado no público de cobertura limitada con diferentes configuraciones, es preciso realizar un complejo estudio de ingeniería para el diseño óptimo de estas redes teniendo en cuenta paramentos como: cálculo de coberturas, cálculos de tráfico, dimensionado de la Red, diseño físico de la Red, confección de un proyecto y gestiones con la Administración.

Los sistemas de PMR también han evolucionado hacia sistemas con características similares a los sistemas celulares, como los orientados a grupos cerrados (RTGC Radio telefonía de grupo cerrado). Salvo la conexión a la red pública conmutada, estos sistemas tienen una estructura física muy similar a los sistemas celulares, estando diseñados para cubrir servicios de seguridad y emergencia, así como aplicaciones de gestión de flotas de transporte.

Los primeros sistemas RTGC, están basados en estándar analógicos, siendo su evolución lógica hacia los sistemas digitales. El ETSI definió las características técnicas de diferentes tipos de sistemas orientados a aplicaciones de grupos cerrados. Se trata del sistema Digital Short Range Radio (DSRR), concebido para la transmisión de voz o datos de comunicaciones entre móviles de un corto alcance.

Para poder aumentar y soportar más facilidades adicionales de especial interés para la gestión de flotas, se desarrollaron el Mobile Digital Trunked Radio System (MDTRS) o el Mobile Packet Data Radio (MPDR), orientado exclusivamente a la transmisión de datos.

La evolución lógica de la RTGC analógica paso por la introducción del sistema Trans European Trunked Radio (TETRA) que así se llamaba en sus inicios para pasar a denominarse posteriormente (Terrestrial Trunked Radio). El TETRA, es un sistema de radio digital que contempla las modalidades de voz + datos y sólo datos.

También han aparecido sistemas propietarios como el TETRAPOL, orientados a dar servicio de comunicaciones a cuerpos policiales. Las diferencias principales entre uno y otro es la utilización de FDMA (Frequency División Multiple Access) para el TETRAPOL o sistemas RTGC, donde cada usuario se le asigna un canal de radio durante el 100% del tiempo de utilización, limitando el número total de usuarios al número máximo de frecuencias utilizadas.

Y la técnica TDMA (Time División Multiple Access) que utiliza el TETRA, permite optimizar el espectro radioeléctrico debido a que a cada usuario se le asigna un slot de tiempo determinado dentro de la portadora de RF.

Quizás uno de los problemas de las tecnologías de acceso TDMA consiste en la necesidad para los móviles y en especial en los equipos portátiles la de utilizar una alta potencia de transmisión en el link ascendente, lo que puede suponer problemas de autonomía de las baterías de los mismos.

El TETRA es un sistema de radio digital que contempla las modalidades de voz + datos y/o sólo datos.

Existen otros sistemas de bajo uso como los cuasi-síncronos o Simulcast. Estos sistemas utilizan las mismas frecuencias emitidas por todos los repetidores, provocando una superposición de señales emitidas en las zonas de solape. Esto provoca que el usuario reciba un batido de baja frecuencia si se encuentra estacionado en una de estas zonas, tendiendo a suavizarse si este se encuentra en desplazamiento.

La única ventaja es el ahorro de frecuencias para sistemas de gran cobertura.

Otro sistema como el ‘voting’, se utiliza cuando se desea liberar al usuario de la tarea de cambio de canal en función del repetidor con el que establezca el enlace. Este sistema está constituido por una unidad central, enlazada con todos los repetidores de la red, a efectos de poner en marcha solo el repetidor de la zona en que se establece la comunicación.

También se puede introducir la tecnología ‘voting’ en los propios terminales móviles, siendo estos los que seleccionan el repetidor que genera una señal mejor.

En 1988, la Comisión Europea y el Instituto de Estandars Europeos de Telecomunicación (ETSI, European Telecomunicactions Standars Institute) decidieron preparar un conjunto de estándares Europeos para cubrir las nuevas necesidades de los usuarios PMR. Al final de 1988, el Subcomité Técnico del ETSI, conocido como RES 6, comienza la realización del proyecto, siguiendo un análisis detallado de márketing sobre PMR, el concepto de un nuevo estándar de Sistemas de Radio Móvil Trunking Digital (MDTRS) fue aceptado por el ETSI, adoptando posteriormente el proyecto un acrónimo más apropiado TETRA, (Trans European Trunked Radio).

La implicación económica de una red TETRA es muy alta, por lo que solo se instalan redes regionales que son utilizadas por los servicios de emergencia y fuerzas de seguridad, mientras que las redes más pequeñas están evolucionando hacia los nuevos estándares del ETSI DMR y DPMR, la mayor diferencia entre estos sistemas digitales es el tipo de acceso, mientras que el DMR utiliza 2-slots TDMA con un ancho de banda de 12,5kHz de canal, el DPMR utiliza FMDA dividendo el canal de 12,5kHz en dos subcanales de 6,25KHz.

El coste elevado de transformar una red PMR en una DPMR al tener que modificar los equipos para funcionar en FDMA a 6,25Khz frente a la utilización de los 2-slot TDMA de los DMR, están haciendo que sea esta tecnología (DMR) la que parece tener más futuro actualmente entre los usuarios del PMR.

Referencias

• Giovanni Amendola and Angelo ferraiuolo, Regulating mobile communications, IEEE Communications, 1993
• Telecomunicaciones Móviles, Barcelona, Boixareu Editores, 1993
• Vicente Casares Giner, Hacia las comunicaciones móviles integradas, Mundo electrónico, Octubre, 1993.
• Menchen Alumbreros Miguel, Nuevos sistemas Europeos de Comunicaciones móviles, Simposio Europeo Sobre Comunicaciones Móviles, Madrid, 1991