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domingo, 10 de julio de 2011

Estación Base Celular (EBC)

Una EBC (Estación Base Celular) es un local (entiéndase por local al techo de una casa, un terreno, un cerro, etc) que en su mayoría es propiedad del operador de telefonía móvil celular.

EBC Ocucaje (Ica, ubicada en el Cerro Ocucaje)

En este caso tomaremos en cuenta una estación ubicada en un terreno de propiedad del operador. Dentro de una EBC encontraremos todo el equipamiento necesario para ofrecer cobertura celular a una determinada localidad. Principalmente, en una EBC convencional encontraremos lo siguiente:
  • Tablero de energía.
  • Pozos a tierra.
  • Equipo(s) de Radio Base (indoor u outdoor).
  • Equipo(s) de Trasmisión (vía microondas o vía satelital).
  • Torre celular (autosoportada, arriostrada, ventada o monopolo).
  • Antenas.

Ahora describiremos de manera didáctica la descripción de cada ítem arriba mencionado y el funcionamiento de todos los elementos en conjunto que conforman la EBC.


1. Tablero de Energía.


El tablero de energía es el encargado de suministrar la energía 220V AC a todos los equipos a usar en la Estación Base Celular. También energiza la iluminación de la EBC y la luz de balizaje ubicada en la parte más alta de la torre celular.

Tiene la capacidad de energizar hasta 4 equipos Radio Base (850 Máster, 850 Ampliación, 1900 Máster y 1900 Ampliación), así como también posee entradas de energía de reserva, una entrada para la iluminación de la EBC, para equipos de microondas (en caso lo requieran), una entrada para la luz de balizaje, y otras entradas extras para otros equipos que necesiten energía 220 V AC.

Contiene además entradas de cableado para alarmas de falla de red, una barra para aterramiento y tuberías internas que pasan por el suelo y la pared en donde es por donde pasan los cables.

Ofrece también tomacorrientes de 220 V AC para poder conectar las diferentes herramientas a utilizar durante la instalación.

En la puerta principal cuenta con dos leds que indican la presencia de tensión y el correcto funcionamiento de la luz de balizaje. Asimismo tiene dos llaves pequeñas para mantenerla cerrada.

Tablero de energía


2. Pozos a tierra.

Cada estación debe tener una red de pozos para el aterramiento de todo el equipamiento existente en la EBC. Normalmente esta red se compone de dos, tres, o cuatro pozos; dependiendo de cada EBC.

En un pozo a tierra se conectan los equipos Radio Base, la torre celular, el tablero de energía, las escalerillas por donde pasan los feeder; en fin, todo lo que esté propenso a recibir descargas eléctricas deben ir aterrados a las barras de tierra, que a su vez, están interconetados con los pozos.


Pozo a tierra



3. Equipo(s) de Radio Base (RBS)

El equipo de Radio Base es el elemento fundamental de una Estación Base Celular. En él se generan las señales de RF que recorren por los feeders hasta llegar a las antenas, siendo estas las que se encargan de emitirlas al espacio. En todos los casos, las RBS cuentan con un banco de baterías de respaldo; en caso de ausencia de la red eléctrica, estas baterías proporcionan un suministro de entre 2 a 6 horas al equipo, tiempo en el cual se deben reparar las fallas para volver al "estado eléctrico".

Según su ubicación, se clasifican en Indoor (RBS instalada dentro de una sala) y Outdoor (RBS instalada en una EBC al aire libre). Por otro lado, según su potencia de salida (es decir, según su cobertura) se clasifican en Macro (alta capacidad), Micro (mediana capacidad) y Pico (baja capacidad).


RBS Ericsson 2106 Macro - Outdoor


RBS Ericsson 2206 Macro - Indoor


RBS Ericsson 2111 Micro - Outdoor


4. Equipo(s) de Transmisión

Comúnmente el medio de transmisión usado para enlazar las EBCs es el radioenlace, o transmisión vía microondas. En lugares en donde no existe línea de vista debido a la accidentada geografía de nuestro país, se usa el enlace satelital. Las modulaciones, frecuencias utilizadas, dirección, polarización y el BER son designados por el operador de telefonía móvil.


Antena satelital (EBC Cabana Sur - Ayacucho)


Módem satelital Comtech CDM - 600L (EBC Cabana Sur - Ayacucho)


Antena MW Huawei (EBC Villacuri 2 - Ica)


Modem MW Huawei RTN 620 (EBC Villacuri 2 - Ica)


5. Torre celular

Las torres celulares permiten ganar la altura necesaria para optimizar la cobertura celular y la línea de vista del enlace microondas. Existen 4 tipos de torres, según su estructura: autosoportada, arriostrada, monopolo y ventada.

Torre autosoportada

Torre monopolo

Torre ventada

Torre arriostrada


6. Antena celular


Las antenas toman un papel muy importante en una estación base, ya que es por intemedio de ellas por donde se irradia la energía proveniente de la RBS. Estas antenas son de tipo panel de forma alargada, teniendo como patrón de radiación una radiación de tipo sectorial.

Existen antenas Single Band(una sola frecuencia 850 ó 1900 MHz) y antenas Dual Band (doble frecuencia: 850 y 1900 MHz). En ambos casos, estas antenas usan el método de diversidad de espacio para obtener una mejor calidad de señal, ya que internamente están compuestos de un arreglo de dipolos. En el caso de antenas duales, utilizan una combinación de diversidad de espacio y diversidad de frecuencia con Cross - Pol (polarización cruzada), de tal manera que la antena puede distinguir las señales provenientes de las frecuencias de 850 y 1900 MHz.

Todas las antenas cuentan con una pequeña regleta en la parte inferior, que contiene números que indican los grados para variar el Tilt eléctrico.


Antena celular (vista frontal)


Antena celular (vista trasera)

Antena celular (regleta de tilt eléctrico)

sábado, 4 de junio de 2011

Esquema General del Sistema GSM

GSM (Global System for Mobile Communications) es un sistema telefónico celular de segunda generación desarrollado a inicios de la década de los 80's en Europa y concluido y lanzado comercialmente en el año 1991 en los países europeos. Para 1993 existían sólo 36 redes GSM en 22 países, expandiéndose actualmente por 80 países alrededor del mundo.
Logo Universal del sistema GSM

GSM surge como una solución a los problemas de fragmentación inherentes a los sistemas de primera generación en Europa, pues antes de GSM, todos los países europeos usaban distintas normas de telefonía celular, lo que los hacía incompatibles. Además, a diferencia de los sistemas de primera generación (sistemas analógicos), GSM fue el primer sistema telefónico celular totalmente digital, diseñado para usar los servicios de la red ISDN (Red Digital de Servicios Integrados) para proporcionar una amplia gama de servicios de red.

A pesar de que la tecnología GSM se está volviendo "obsoleta" a nivel de usuario, es importante comprender las características y la arquitectura de ésta, ya que es la base para los estudios de los nuevos sistemas UMTS (Universal Mobile Telecommunications System, conocido también como 3G) y el tan esperado LTE (Long Term Evolution, conocido como 4G). Cabe resaltar que en el Perú aún siguen en funcionamiento los sistemas analógicos de primera generación, los cuales se espera que los equipos sean desmontados a finales del año 2012. Este hecho se debe a la robustez y complejidad de los equipos.


Arquitectura del Sistema GSM

A continuación se describirá de forma general el funcionamiento del Sistema GSM.

Arquitectura del Sistema GSM

 La red GSM está dividido en tres grandes subsistemas:

  • Sistema de Conmutación (Switching System, SS)
  • Sistema de Estación Base (Base Station System, BSS)
  • Sistema de Operación y Soporte (Operation and Support System, OSS)

Interconexión de celdas


1. Sistema de Conmutación (SS)


El Sistema de Conmutación consta de los siguientes elementos:

MSC (Mobile Services Switching Centre)

El Centro de Conmutación de Servicios Móviles realiza las funciones de conmutación telefónica del sistema. Controla las llamadas desde y hacia otro teléfono, los datos del sistema, y otras funciones tales como la interface de la red y la señalización de canal común.

GMSC (Gateway MSC)

La interfaz MSC es un nodo que interconecta dos o más redes, tales como la Red de Telefonía Pública Conmutada (PSTN) o la Red Digital de Servicios Integrados (ISDN). A menudo es implementada dentro de la MSC.

HLR (Home Location Register)

El Registro de Ubicación Local es una base de datos usado para el almacenamiento y administración de las suscripciones, incluyendo el perfil de servicio de un suscriptor, información de la ubicación y el estado de sus últimas actividades (llamadas realizadas, llamadas recibidas, almacenamiento de nuevos contactos, etc).

VLR (Visitor Location Register)

El Registro de Ubicación de Visitantes es una base de datos que contiene información de los suscriptores temporales requeridos por la MSC para dar servicio a cualquier suscriptor visitante. El VLR está siempre integrado con el MSC. Cuando una nueva estación móvil (llámese celular) ingresa a una nueva área MSC (roaming), el VLR conectado a la MSC solicita información acerca de la nueva estación móvil desde el HLR.

AUC (Authentication Centre)

El Centro de Autenticación proporciona los parámetros de autenticación y encriptación que verifican la identidad del usuario y aseguran la confidencialidad de cada llamada.

EIR (Equipment Identity Register)

El Registro de Identidad del Equipo es una base de datos que contiene información acerca del equipo móvil, con la finalidad de prevenir las llamadas fraudulentas, no autorizadas o en el peor de los casos, equipos defectuosos.

DTI (Data Transmission Interworking Unit)

La Unidad de Interconexión de Transmisión de Datos consiste de software y hardware y proporciona la interface hacia otras redes de comunicación de datos. La DTI permite a los usuarios transmitir voz y datos durante la misma llamada.

ILR (Interworking Location Register)

El Registro de Ubicación de Interconexiones hace posible la convivencia y el traspaso de celdas (roaming) entre la red AMPS (Advanced Mobile Phone System, conocido como 1G) y la red GSM 1900. El ILR se compone de un HLR AMPS y partes de un VLR GSM 1900.


2. Sistema de Estación Base (BSS)

El Sistema de Estación Base se compone de los siguientes elementos:

TRC (Transcoder Controller)

El Controlador Transcodificador suministra la tasa de adaptación de capacidades a la BSS. Se denomina transcodificador a aquel dispositivo que suministra tasas de adaptación. El TRC disminuye la tasa de bits por canal de 64 Kbits/s a 16 Kbits/s, según sea requerido. El TRC también se encarga de almacenar los enlaces de transmisión entre el MSC y los BSC's.

BSC (Base Station Controller)

El Controlador de Estación Base provee todas las funciones de control y los enlaces físicos entre el MSC y las BTS's. Es un conmutador de alta capacidad que soporta funciones como: handover, datos de configuración de la celda y el control de los niveles de potencia de radio frecuencia en las BTS's. Un grupo de BSC's son administrados por el MSC.

BSC Nortel GSM 3000
BTS (Base Transceiver Station)

La Estación Base Transceptora proporciona la interface radio a la estación móvil (equipo celular). La BTS contiene todo el equipamiento de radio (transceptores y antenas) requeridos para dar servicio a cada celda en la red celular. Un grupo de BTS's son controlados por el BSC.

La Estación de Radio Base (RBS, Radio Base Station) incluye todo el equipamiento de interfaz radio y transmisión requeridos por cada site.

Ericsson RBS 2106v3

3. Sistema de Operación y Soporte (OSS)

El Sistema de Operación y Soporte es la entidad funcional desde el cual el operador de red controla y monitorea el sistema. Contiene dos niveles de función de administración: el Centro de Administración de Red (NMC, Network Management Centre) y los Centros de Operación y Mantenimiento (OMC, Operation and Maintenance Centres). El personal de NMC se encarga de los asuntos de los grandes sistemas, mientras que el personal OMC se localiza en cada región y se encarga de los temas locales en donde son asignados.

El OSS está encargado de mantener los servicios de la red estables, realizando continuo mantenimiento y seguimiento a los siguientes elementos de red:

  • AUC (Authentication Centre)
  • BSC (Base Station Controller)
  • BTS (Base Transceiver Station)
  • EIR (Equipment Identity Register)
  • HLR (Home Location Register)
  • IN (Mobile Intelligent Network Nodes)
  • MSC (Mobile Services Switching Centre)
  • VLR (Visitor Location Register)

Esquema gráfico del sistema GSM


Frecuencias y canales usados en el Sistema GSM

Banda Nombre Canales Uplink (MHz) Downlink (MHz) Notas
GSM 850 GSM 850 128 - 251 824,0 - 849,0 869,0 - 894,0 Usada en los EE.UU., Sudamérica y Asia.
GSM 900 P-GSM 900 0-124 890,0 - 915,0 935,0 - 960,0 La banda con que nació GSM en Europa y la más extendida
E-GSM 900 974 - 1023 880,0 - 890,0 925,0 - 935,0 E-GSM, extensión de GSM 900
R-GSM 900 n/a 876,0 - 880,0 921,0 - 925,0 GSM ferroviario (GSM-R).
GSM1800 GSM 1800 512 - 885 1710,0 - 1785,0 1805,0 - 1880,0
GSM1900 GSM 1900 512 - 810 1850,0 - 1910,0 1930,0 - 1990,0 Usada en Norteamérica, incompatible
con GSM-1800 por solapamiento de bandas.


Actualmente, Telefónica usa los esquemas GSM 850 y GSM 1900 en Perú.


Fuentes

  • "Sistemas de Comunicaciones Electrónicas", Cuarta Edición, Wayne Tomasi
  • "Comunicaciones Móviles", Primera Edición, Juan Luis Gorricho Moreno
  • "Installation and Integration Manual RBS 2106", 2004, Ericsson
  • www.wikipedia.org