TDMA – Acceso múltiple por división de tiempo (Time division multiple access)

Generalidades sobre el sistema.

No es un secreto que los sistemas celulares están incrementando exponencialmente su participación en las comunicaciones humanas y que año tras año el parque de terminales ha hecho lo propio durante los últimos años. Como resultado, las primeras tecnologías celulares encontraron rápidamente un limitante en la cantidad de canales que podían generar con los limitados rangos de frecuencias disponibles, insuficientes para sostener el incremento en la demanda. Este problema fue previsto por la industria, y desde 1988 se comenzó a buscar la ampliación en la capacidad de usuarios en el servicio celular.

En respuesta a la problemática que se le presentaba al sistema analógico surgen como soluciones dos estándares digitales: el primero de ellos es conocido como Time-Division Multiple Access (TDMA), el otro es conocida como Code Division Multiple Access (CDMA).

Ambas tecnologías tienen la misma función, permitir el mayor numero de llamadas simultaneas con el mínimo uso de los rangos de frecuencia posibles. TDMA fue una tecnología que se adopto rápidamente por que ya tenia bases en Europa como base del sistema celular digital GSM (Global System for Mobile Communications) entonces TDMA se seleccionó así en 1989 como una norma celular digital.

La multiplexación por división de tiempo (TDM) es una técnica que permite la transmisión de señales digitales y cuya idea consiste en ocupar un canal (normalmente de gran capacidad) de trasmisión a partir de distintas fuentes, de esta manera se logra un mejor aprovechamiento del medio de trasmisión. El Acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) es una de las técnicas de TDM más difundidas.

La multiplexación por división de tiempo (MDT) o (TDM), del inglés Time Division Multiplexing, es el tipo de multiplexación más utilizado en la actualidad, especialmente en los sistemas de transmisión digitales. En ella, el ancho de banda total del medio de transmisión es asignado a cada canal durante un intervalo de tiempo.

Componentes del sistema

 Los componentes fundamentales del sistema de telefonía celular de tecnología TDMA son los siguientes:

• Mobile switching center (MSC)
• Radiobase (BTS)
• Terminal Celular

Base Station:

Posee la capacidad técnica de establecer la comunicación inalámbrica con el terminal móvil y conmutarla con el canal de voz que haya sido asignado desde el MSC en la BTS.

Consiste en una RCC (Radio Control Complex), la cual recibe el control y los datos de voz del MSC. El RCC controla las unidades de Radio EDRU (Enhanced Digital Radio Unit) para mantener el canal RF duplex con el terminal móvil.

Las EDRU transmiten y reciben en el rango de 850 MHz. La conversión  a 1.9 GHz se realiza en las TTU (TDMA Transmit Unit) y RU (Receive Unit).

Terminal celular:

El dispositivo inalámbrico que establece conexión con la radiobase. Ademas de poder recibir de esta última el establecimiento de comunicación con canales de voz, cualquier comunicación digital puede ser soportada y actualmente los servicios provistos a través de conexiones de datos son cada vez mas predominantes en el uso de terminales celulares

MSC:

El MSC es el “cerebro” del sistema TDMA, encargado de dirigir la conmutación de las llamadas desde y hacia los terminales móviles a través de las radiobases. Todos los MSC (usualmente 2 o mas, para poseer redundancia operativa) se encuentran conectados a las Radiobases y a sus bases de datos HLR y VLR.

HLR (Home Location Register):

Es la base de datos de usuarios de una compañía celular; Mediante la consulta al HLR, el MSC puede conocer información sobre el usuario celular que se está conectando (a priori, el dato mas relevante serán si posee o no crédito para acceder a llamadas u otros servicios que este solicitando; Pero es también en esta DB donde se almacenan las preferencias de CallerID, de habilitación o bloqueo de DDI y roaming, y demás parámetros comerciales que deben ser identificados para cada usuario)

VLR (Visitor Location Register):

El VLR es equivalente al HLR pero no es utilizado para los usuarios propios de la compañía sino para aquellos que se encuentran funcionando como roaming. Mientras que la tendencia en los HLR es que cada cliente posea un perfil personalizado a sus preferencias, los VLR suelen contar con mínima información sobre sus perfiles (como no son clientes de la compañía sino “visitantes”, solo se determina si debe dejárselos comunicarse o no; de ahí que cuando uno se encuentra haciendo roaming no puede, por ejemplo, solicitar corte automático del servicio tras un determinado monto de consumo)

AC (Authentication Center):

El AC es una entidad que gestiona la información de autenticación relacionada con el IMSI (identificador único del celular, equivalente a la Mac Address de un dispositivo de netwotking) del terminal móvil.

Proceso de comunicación.

Para establecer una comunicación celular, el paso 1 es (desde luego) encender el terminal celular. Una vez encendido, este comenzará a transmitir en busca de una radiobase dentro de su alcance y adecuará su potencia de transmisión a la requerida por su cercanía a la misma. Una vez que terminal y RB se hayan “encontrado”, establecerán una comunicación regular a través de DCCH (Dedicated Control Channel) a fin de mantener el terminal celular identificado y disponible en la RB. Periódicamente, el terminal comprobará que aún se encuentra dentro de rango de comunicación con la RB o si ha aparecido (por un cambio de posición) otra RB mas cercana con la cual la comunicación será más simple y requerirá de menos potencia.

El celular mostrará una señal de “conectado” solo si el MSC lo ha reconocido, a través del HLR/VLR, como un cliente propio o uno ajeno y autorizado a roaming. En caso de que la identificación sea negativa, la conexión DCCH será establecida pero el terminal mostrara un mensaje de “Solo emergencias”, ya que no se haya autorizado a gestionar servicios con costo; o rechazará directamente el registro en la RB, según la política de la empresa propietaria.

En caso que la comunicaciones DCCH no pueda establecerse, el celular se mostrará como “no conectado” y continuara intentando localizar una radiobase acorde con la máxima potencia que le sea permitida. Una vez establecido el enlace DCCH es posible solicitar comunicaciones entrantes y salientes.

DCCH camping: Consiste en listar los canales disponibles encontrados para elegir el canal DCCH de mayor potencia. Cuando este canal es encontrado, el móvil se sintoniza en él y sigue monitorizando los canales BCCH y SPACH. Este proceso se repite regularmente para asegurarse que se está eligiendo el mejor DCCH.

Call accessing: Consiste en la solicitud desde el terminal al sistema de acceder a una llamada. Aun conectado por DCCH el terminal informa a la RB el número de destino al que se desea contactar y se toma el control de un canal de voz.

Asignación de DTC y time-slots: Una vez solicitada la llamada del terminal a la radiobase, esta solicitará la comunicación al MSC quien asignara un canal y time slot que sera utilizados en esa comunicación. En respuesta al mensaje anterior, el móvil sintoniza las frecuencias de uplink y downlink del canal de voz DTC asignado.

Luego son requeridas tres operaciones adicionales (Time Alignment, DVCC Verification y Measurement Order Message Acknowledgment) para completar el establecimiento de la llamada y obtener la confirmación del canal de voz.

Time alignment: Debido a los retardos de propagación, la alineación de tiempo es requerida para adelantar o atrasar las ráfagas de transmisión de los time slots del móvil, para que de esta manera,  la transmisión desde los tres móviles que comparten time slots en el mismo canal DTC no colisionen entre sí.

DVCC (Digital Verification Color Code): Durante el establecimiento de la llamada o en el handoff, y luego de que se asignó el DTC, la celda debe decodificar correctamente el código DVCC que fue enviado por el móvil. Inicialmente, el valor DVCC es transmitido hacia el móvil , codificado y devuelto a la celda dentro de los 5 segundos. Este valor es utilizado por el sistema para asegurar que la información recibida por la celda proviene del móvil deseado  y no por una interferencia co-canal de otro móvil.

Message Order Measurement: Durante el establecimiento de la llamada o en el handoff, el móvil recibe y reconoce un mensaje llamdo “Message Order Measurement”. Este mensaje contiene una lista de números de canales MAHO (Mobile Assisted Handoff), que el móvil mide periódicamente por calidad de handoff. Las mediciones de calidad de voz son reportadas a la celda que controla la llamada.

Canal radioeléctrico:

a-                      Plan de Frecuencia.

b-                     Modulación digital utilizada (Móvil a Base, Base a Móvil).

Plan de Frecuencia

Al igual que en FDMA (AMPS),  TDMA (D-AMPS) usa frecuencias comprendidas en el rango entre los 800 y 900 MHz del espectro radioeléctrico. Cada servicio provisto puede usar la mitad del espectro asignado, siendo usado el rango de frecuencias de 824-849 MHz. para las señales trasmitidas del Móvil a la Base Estación (Uplink) y el rango de 869 -894 MHz. para las trasmisiones desde la Base Estación (Downlink). La división del Espectro en subcanales es realizaba a partir de FDMA, a diferencia de que ahora también se procesa la subdivisión de

cada canal en subcanales digitales.

Como el ancho de banda en las comunicaciones inalámbricas en el rango de frecuencia de celulares 850 MHz se agotó rápidamente, la FCC (Federal Communication Comission) asignó otra porción del espectro de frecuencias en un rango superior, 1900 MHz (1.9 GHz), llamada PCS (Personal Communication Services).

La separación entre canales es de 30KHz y la separación entre la portadora de transmisión y recepción es de 45MHz. lo que se traduce en un total de 832 canales (Full-Duplex) con capacidad tres usuarios cada uno y una rata de bit en RF de 48.6 kbps producto del uso de audio digital.

En la siguiente figura, se puede observar con mayor detalle la asignación de frecuencia del espectro tanto de 800 MHz como de 1900Mhz, relacionados a TDMA.

Una de las principales diferencias entre las tecnologías analógicas y digitales es que esta última basada en amplificación lineal requiere de una mayor alimentación para producir la misma potencia RF de salida durante la transmisión. Para contrarrestar esta limitación la tecnología digital hace las trasmisiones por periodos cortos de tiempo o simplemente mediante el control preciso de la potencia de transmisión para lograr una baja potencia promedio.

Para las Base Estaciones, se tiene como referencia una potencia máxima de 100W estando las potencias típicas entre los 10 y 50 Vatios, dependiendo de la localidad y las condiciones de donde se encuentre, así como del radio de cobertura que se requiera alcance que se requiera, el cual puede variar entre los 2 y los 25 Km.

Por otro lado, para las estaciones móviles se tiene una potencia máxima de 4W, y una promedio cercana a los 3W. A continuación en la Figura 5, se muestra con mayor detalle los valores especificados por el estándar IS- 136, para móviles.

En referencia a las antenas en la banda de frecuencias de 800- 900MHz (TDMA) se utilizan polarizaciones del tipo vertical, dual y dual simplex, así como dual dual y Quad, cuyas configuraciones se muestran en la Figura 6. Dichas antenas típicamente tienen ganancias entre los 15 y los 20 dBi, siendo la más común la de 17 dBi. Las alturas utilizadas son de aproximadamente de 40m, según las condiciones físicas del emplazamiento donde se encuentren.

Todo esto varía de acuerdo a las necesidades específicas del proveedor del servicio.

Modulación digital utilizada  (Móvil a Base, Base a Móvil).

Por otro lado en cuanto a la modulación tenemos que el esquema de modulación digital que será usado es diferencialmente codificado con 90° de desfasaje utilizando QPSK. La codificación diferencial se usa para insensibilizar a la señal de datos recibida de las ambigüedades introducidas por el circuito de recuperación de la portadora.

Un filtro Nyquist o de coseno alzado será usado para que la transmisión del pulso esté libre de interferencia intersimbólica. El filtro de Nyquist será separado en dos partes, una en el transmisor y otra en el receptor, cada una igual a la raíz cuadrada de la respuesta en frecuencia de transmisión del filtro. El factor de roll- off del filtro es seleccionada como ±=0.5, mientras mas grande elijamos ±, se tendrá el menor efecto jitter en la señal, haciendo que la apertura horizontal del diagrama del ojo sea mayor, y proporcionando una mejor sincronización de símbolo. Pero si lo elegimos muy grande ocasionará que la eficiencia espectral de la modulación disminuya junto con la capacidad del sistema.

El código Gray es utilizado en el mapeo: dos símbolos di-bit correspondientes a fases de señal adyacentes difieren solo de un bit. Como los errores mas probables debido al ruido resultan en una selección errónea de una fase adyacente, la mayoría de los errores de los símbolos di-bit contienen solo un error simple de bit. Notar la rotación de ∏/4 de la constelación básica QPSK para los símbolos impares y para los símbolos pares (marcados con verde y celeste).

La información es codificada de forma diferencial; los símbolos son transmitidos como cambios en la fase en lugar de la fase absoluta.

El stream de datos binarios que ingresa al modulador, bm, es convertido por un convertidr serie-a-paralelo en dos streams XK e YK. Comenzando desde el bit 1 en tiempo del stream bm, todos los bits impares forman el stream XK y todos los bits pares forman el stream YK.

Las secuencias de datos digitales (XK) y (YK) son codificadas como  (IK) y (QK) de acuerdo a:

IK   = IK-1 cos [∆Φ(XK,YK)] – QK-1 sen[∆Φ(XK,YK)]

QK  = IK-1 sen [∆Φ(XK,YK)] + QK-1 cos[∆Φ(XK,YK)]

Donde IK-1, QK-1 don las amplitudes en el tiempo de pulso previo. El cambio de fase ∆Φ se determina de acuerdo a la siguiente tabla:

Las señales IK, QK a la salida del bloque codificador de fase diferencial puede tomar uno de cinco valores: 0, ±1,± 1/√2, resultando en la constelación de la figura anterior.

La señal transmitida resultante s(t) es la siguiente:

s(t)=∑n g(t-nT) cos Φn cosωct – ∑n g(t-nT) sen Φn senωct

Donde g(t) es la función pulso, ωc es la frecuencia de portadora, T es el período de símbolo y Φn es la fase absoluta correspondiente al n-ésimo intervalo de símbolo.

El Φn que resulta de la codificación diferencial es:

Φn =  Φn-1 + ∆Φn

Base a Móvil:

Se utiliza la misma modulación de Móvil a Base vista anteriormente.

Tipo de Señalización

La señalización provee control e información de ruteo. Se toman dos bits de cada canal en los frames 6 y 12 de cada multiframe. Asi se obtiene un rate de señalización de 666bps por canal.

La calidad de la voz no se ve afectada cuando se toma solo el 2% de la señal. Para datos es distinto. Si los datos están codificados en un formato analógico como FSK o PSK, no habría mayores inconvenientes, pero en formato digital si acarrea un incremento importante en el rate de errores.

La norma EIA/TIA IS-41 es un estándar de señalización, el cual permite la operación de distintos sistemas y operadores celulares.

A continuación describiremos las operaciones:

• · Handoff intersistema: El handoff intersistemas tiene como objetivo permitir que el usuario continúe la conexión entre dos sistemas que cooperan.
• · Red de comunicación de datos: IS-41 soporta la interconexión de señalización intersistemas en los protocolos SS7.
• · OA&M: Para las acciones de operación y mantenimiento. Se registran las condiciones anormales, fallas del sistema, datos de roamer no disponibles, pruebas de enlaces, performance de la red, etc.
• · Roaming automático: El Roaming automático permitirá al usuario identificarse como visitante en otro proveedor de servicio celular. Dentro del proceso de autenticación, cuando se ha efectuado el discado y emisión (Send), la estación base accede a la central de conmutación. La MTSO (Mobile Telephone Switching Office) toma una línea de salida del sistema celular. Al querer procesar una llamada saliente desde el usuario se procede a realizar el proceso de Autentificación de usuario y de aparato. Este proceso requiere del auxilio del registro usuarios locales HLR y visitantes VLR. Con posterioridad se le asigna una portadora de tráfico libre, dejando la portadora de control para el setup de otro usuario. Éste proceso se utiliza ara eliminar accesos fraudulentos

En el sistema AMPS y D-AMPS (TDMA) se disponen de señales para la validación (autentificación) del usuario con las informaciones a detallar:

• · MIN: (Número de identificación del móvil), es una secuencia de 34 bits, derivado del directorio telefónico, de 10 dígitos. Se utiliza MINS pares para la serie stream A y MINS impares para la serie stream B para conectar el servicio a la radiobase.
• · ESN: (Número serial electrónico) identifica a la estación móvil en el sistema celular. Se trata de 32 bits donde los 18 primeros identifican al número de serie del aparato y los 8 finales al fabricante de dicho aparato.
• · SID: (Número de identificación del sistema). Consiste de 15 bits e identifica el sistema celular contratado. Los 2 últimos bits identifican el país (01 para Sudamérica).

SEÑALIZACION SS7: Los centros de conmutación celulares se comunican con la red pública mediante el sistema de señalización SS7 (Capa 7-3 mediante ISUP-ISDN User Part). El protocolo de señalización entre sistemas celulares se basa en SS7 (adoptado por IS-41).

Las capas involucradas en la comunicación son:

• · Capa 7b: MAP (Mobile Application Part).
• · Capa 7a: TCAP (Transaction Capabilities Application Part). Según ITU-T Q. 771/775.
• · Capa 3b: SCCP (Signaling Connection Control Part). Según ITU-T Q.711/716.
• · Capa 1-3a: MTP (Message Transfer Part).

MTP-1 Capa 1: Tiene las funciones de conexión física entre módulos a interconectar.

MTP-2 Capa 2: Se ocupa del alineamiento de paquete mediante banderas (Flag) al inicio y final. Permite la detección de errores mediante un código CRC-16. Realiza el proceso de numeración secuencial de mensajes e indicación de retransmisión. Efectúa la confirmación o rechazo del mensaje para la retransmisión automática en mensajes con errores. Los paquete son numerados en forma secuencial con módulo-7. Indica la longitud total del mensaje transmitido.

MTP-3 Capa 3. Posee la dirección de punto de acceso al servicio SAP en el octeto de información de servicio SIO. SAP permite identificar a la capa superior SCCP sobre el protocolo MTP3. En la red PSTN se dispone de las direcciones de procesador CPU de origen y destino (14 bits de dirección). Por otro lado identifica el enlace de señalización utilizado cuando existe más de uno. Realiza las funciones de Routing  dentro de la red de señalización SS7.

SCCP Capa 3: Efectúa funciones de direccionamiento adicionales a MTP3, especial para sistemas celulares. La combinación de SCCP y el MTP3 se denomina parte de servicio de red NSP (Network Service Part). El SCCP puede brindar servicios con y sin conexión. En telefonía celular se trata de un servicio connectionless y la capa superior es TCAP. En el caso de servicio con conexión la capa superior es ISUP.

El caso con conexión se aplica para consulta de base de datos (ejemplo, tarjeta de crédito). El protocolo SCCP entrega una dirección (adicional a los 14 bits de MTP3) que se denominada SSN (SubSystem Number). Permite direccionar al usuario (dentro del nodo de comunicaciones) del protocolo SCCP. Se trata de 4 direcciones: al registro de localización VLR y HLR, la red de conmutación MSC, el centro de autentificación EIR. El campo de direcciones de SCCP posee la dirección de origen y destino y la selección de ruta de señalización. Dispone de 16 tipos de mensajes: requerimiento de conexión, confirmación de conexión, conexión negada, formato de datos, control de flujo, datos urgentes (puentea el control de flujo), requerimiento de reset y confirmación de reset, etc.

TCAP Capa 7: Facilita la transferencia de mensajes en tiempo real entre MSC, HLR y VLR. Se aplica a enlaces con O&M. Realiza el control de diálogo (servicio de transporte) con el terminal remoto. La información contiene: tipo de mensaje (unidireccional, inicio, final, intermedio, aborto); longitud del mensaje (número de bytes total); identificador de origen y destino de transacción; tipo de contenido (retorno de resultado, reporte de error y de reject) y contenido de información (código de operación, de error, de problema, parámetros, etc).

MAP Capa 7: Se trata de una normalización ETSI y IS-41 que se ha especificado para transferencia de información que no corresponde a circuitos de usuario. Se utiliza para interconectar los siguientes elementos entre sí:

• · HLR (Home Location Register),
• · VLR (Visitor LR),
• · MSC (Mobile Switching Center),
• · EIR (Equipment ID Register).

ISUP Capa 7: Sirve para los mensajes de señalización de usuario ISDN. Algunos tipos de mensajes son:

• · IAM (Initial Address Message). Contiene la información inicial de llamada para el encaminamiento.
• · SAM (Subsequent Address Message). Transporta las cifras no enviadas en el mensaje IAM.
• · ACM (Address Complete Message). Indica que se ha obtenido en acceso al destino.
• · ANM (Answer Message). Indica que el usuario llamado ha respondido.
• · BLO (Blocking Message). Permite el bloqueo del canal útil.
• · UBL (Unblocking Message). Desbloquea el canal útil.
• · REL (Release Message). Permite iniciar la liberación del canal.
• · RLC (Release Complete Message). Informa que la liberación ha sido completada

Canales vocales y de señalización

Respecto a la señalización, se utilizan en TDMA 42 canales de control primarios de AMPS y 42 canales secundarios permitiendo doblar la cantidad de tráfico. Estos canales secundarios pueden configurarse para permitir convenientemente a las portadoras dedicarse únicamente a usos de AMPS.

Los canales de voz tienen un ancho de banda de 30kHz tanto en forward como reverse, esto soporta como máximo hasta 3 usuarios. Cada canal de voz TDMA se forma de seis ranuras de tiempo (time slots) y soporta hasta 3 canales full rate o 6 half rate. Particularmente en full rate, las ranuras de tiempos deben ser iguales. Por ejemplo, si un usuario ocupa las ranuras 1 y 4, y el usuario 2 ocupa las 2 y la 5 el tercer usuario ocupa la 3 y 6. En half rate cada usuario ocupa una ranura por frame.

Dentro de cada canal de voz coexisten 4 canales de información (data channels) simultáneamente. El más importante es del canal de tráfico digital DTC que trasmite datos o la voz del usuario, por otro lado, los otros tres transmiten información de control del sistema. El canal RDTC, reverse DTC transmite la conversación o datos del usuario a la radio base, y el FDTC, forward DTC transmite a la inversa. Los tres canales de control incluyen el Códec Digital Verification Color Code(CDVCC), Slow Associated Control Channel (SACCH) y el Fast Associated Control Channel (FACCH).

El SACCH es mandado en cada ranura de tiempo y provee una supervisión de la transmisión en paralelo con la comunicación. El mismo trasmite varios mensajes de control entre la unidad del usuario y la radio base. Es utilizado para comunicar cambios de niveles de potencia y requerimientos de han off. En adición se utiliza para reportar las radio bases vecinas, para ´poder implementar el han off asistido por el móvil.

El SACCH tiene 12 bits por ranura, resultando una velocidad de 600bps pero debido a la codificación se reduce a una transmisión de 300bps de dantos incluyendo banderas y CRC.

El CDVCC es un mensaje de 12 bits que se manden cada ranura, es un número de 8 bits en el rango de 1 y 255, que es protegido con 4 bits de código de canal adicionales de código Haming. La radio base tramite un valor de CDVCC en el canal de forward de voz y cada abonando usando canales TDMA deben recibir, decodificar y volver a trasmitir el mismo valor de CDVCC a la radio base en el canal de reverse. Si el está retrasmisión del CDVCC a la radio base no es completada apropiadamente, se le niega la ranura de tiempo y es asignada a otro usuario el transmisor del usuario es apagado.

El FACCH es usado para mandar información especializada de control o tráfico entre la radio base y las unidades de control. Si se inicia una transmisión de información del FACCH este toma el lugar de los datos de información del usuario dentro del frame. El FACCH soporta transmisiones de múltiples frecuencias de tonos duales, instrucciones de llamadas salientes, instrucciones de colgado rápido y del MAHO(Mobile Assisted Hand Over) o requerimientos de estado del abonado. Es muy flexible, permite controlar portadoras de tráfico interno si el DTC está ausente durante algunas ranuras de tiempo de TDMA.

El trato de las ifnormacion del FACCH es similar al de la informacion de una conversacion en la manera que es empaquetada y multiplexada para que quepa en uan ranura de tiempo.

Finalmente el MAHO , es el sistema que asiste al MSC con decisiones durante el Hanover mandando información sobre la calidad de los distintos canales, como ser potencia de señal de los canales vecinos estimación del BER(Bit Error Rate) del canal actual. También permite las medidas de la calidad de Down link que no son posibles desde la BTS.El sistema envía mensajes de MAHO conteniendo una lista de hasta 24 canales de celdas vecinas. Durante las ranuras desocupadas, el móvil mide potencia de señal en los canales de la lista y promedia las potencias de las séales sobre un segundo y luego manda los reportes a la radio bases a cada segundo. El sistema camina las medianos con su propia información para determinar cuál es la mejor vecina, con la mejor calidad para iniciar el han off al mejor canal cuando sea necesario.

Descripción de la trama

Tanto los DTCs como los DCCHs usan la estructura estándar de trama de TDMA.

En downlink, el campo SACCH se reemplaza por el campo SCF. El campo de voz es reemplazado por datos del DCCH. El campo CDVCC es reemplazado por un campo contador de frame llamado CSFP. El campo RSVD es reemplazado  por los bits restantes del campo SCF.

En uplink, la estación base tiene que tratar cada ráfaga de DCCH de datos de un teléfono del uplink como una transmisión única y tiene que lograr el tiempo de alineación y sincronía de bit en cada ráfaga DCCH.

Codificación Digital Utilizada

Los distintos canales lógicos que son convertidos en la estructura de tramas TDMA pueden ser agrupados en canales de tráfico (TCHs) utilizados para transportar voz o datos de usuario y canales de control (CCHs) utilizados para transportar señalización y datos de sincronización. Los canales de control se dividen en:

• è     Canales de control de difusión
• è     Canales de control común
• è     Canales de control dedicados

Cada ranura de tiempo dentro de una trama TDMA contiene datos modulados denominados ráfaga («burst»). Existen cinco tipos de ráfagas:

• è     Normal
• è     Corrección de frecuencia
• è     Sincronización
• è     «Dummy» (de relleno)
• è     Ráfagas de acceso

El canal digital es de frecuencia dúplex, esto significa que las operaciones de transmisión y recepción son de diferentes frecuencias. Las frecuencias de transmisión y recepción se dividen en ranuras de tiempo, eso también permite el Dúplex por División de Tiempo (TDD). Los canales “Reverse” y “Forward” son separados por 45 Mhz en la banda de 800 Mhz y por 80 Mhz en la banda de 1900 Mhz. El mismo ancho de banda de 30 Khz que usado en AMPS se usa en el Control de Trafico Digital (DTC)

Técnica de Acceso

La técnica de acceso usado en TDMA tiene tres usuarios compartiendo un mismo canal (de 30Khz), una misma frecuencia portadora. Cabe destacar que una de las características mas llamativas de esta tecnología de división de tiempo (TDMA), es que un teléfono individual solamente necesita o utiliza dos de los espacios de tiempo (timeslots) disponibles para enviar o recibir audio. Por lo que en el tiempo restante, pueden hacerse otras cosas. Por ejemplo puede ser utilizada para llevar una señal de llamada en espera, y permite que el usuario cambie entre dos llamadas.

En los sistemas modernos celulares y digitales, TDMA implica el uso de técnicas de compresión de voz digitales, que permite a múltiples usuarios compartir un canal común utilizando un orden temporal. La codificación de voz moderna, reduce mucho el tiempo que se lleva en transmitir mensajes de voz, eliminando la mayoría de la redundancia y periodos de silencio en las comunicaciones de voz. Otros usuarios pueden compartir el mismo canal durante los periodos en que éste no se utiliza. Los usuarios comparten un canal físico en un sistema TDMA, donde están asignados unos espacios de tiempo (timeslots).

A todos los usuarios que comparten la misma frecuencia se les asigna un espacio de tiempo (timeslot), que se repite dentro de un grupo de espacios (slots) que se llama trama. Un espacio (slot) GSM es de 577 μs, y cada usuario tiene uso del canal (mediante su espacio (slot)) cada 4.615 ms (577 μs 8 = 4.615 ms), ya que en GSM tenemos 8 espacios de tiempo (timeslots).

Técnicas de duplexion

En las comunicaciones celulares en duplex, la transmisión y la recepción se realiza en forma simultánea. Es por eso que para la conexión simultanea móvil a base (Reverse o subida) y base a móvil (Forward o bajada) se dispone de las siguientes variantes:

FDD (Frecuency División Duplex) La duplexión por división de frecuencia se asigna distinta banda de frecuencia para las portadoras de subida y bajada. Cada usuario opera en dos bandas de frecuencia, una para el canal descendente (base-móvil) y otra para el canal ascendente (móvil-base). La separación entre ambas bandas es constante para todo sistema, independientemente del canal usado. Este sistema generalmente es el usado en telefonía celular.

• · TDD (Time División Duplex) La duplexión por división de tiempo asigna sobre la misma portadora distintos intervalos de tiempo (ping-pong). Son técnicas de duplexación en la que cada terminal efectúa la transmisión y recepción en slot o intervalos de tiempo diferente, pero utilizando la misma portadora. Son utilizados en telefonía inalámbrica (cordless).

Hand-off (tipos, usos)

El proceso de hand-off consiste, en un escenario donde el terminal celular con una llamada en curso se está desplazando, en delegar la prestación del servicio de una radiobase a otra sin sufrir la desconexión de la comunicación ya establecida.

Particularidades del hand-off en TDMA:

• · Mientras en sistemas anteriores (como AMPS) la radiobase realizaba las mediciones de localización y control de la tasa de errores, en TDMA el terminal es el encargado de estas funciones

• · MAHO (mobile assisted hand-off): El concepto de MAHO es mantener un canal de voz transmitiendo a potencia constante con el fin de que el terminal pueda medir la potencia de la señal recibida y elegir la radiobase mas conveniente.

• · El hand-off está contemplado tanto en los casos en que deba ser realizado entre dos radiobases similares funcionando en la misma frecuencia como entre aquellas que operan en distintos rangos (usualmente se utilizan frecuencias de 850 MHz en entornos urbanos y 1900 MHz en campos mas abiertos y con menos población). Así como también la entrega de la comunicación a radiobases analógicas AMPS

Disparadores de Handoff:

Existen una serie de indicadores que denotan la necesidad de un hand-off y lo disparan:

• · Mobile Threshold: La medición del downlinkdel MAHO es reportada constantemente a la radiobase, que a su vez posee una potencia mínima configurada (en función de su posición con respecto a otras celdas). Si el móvil reporta mediciones por debajo de este umbral el hand-off es disparado.
• · Primary Threshold: La misma medición, pero realizada por la RB sobre el uplink posee también un umbral limite para disparar handoff.
• · Bit Error Rate (BER): El terminal mide tambien la tasa de errores que esta recibiendo y las reporta a la RB, al igual que en los casos anteriores existe un umbral de BER que dispara el hand-off una vez superado.
• · Frame Error Rate (FER): La celda mide el Frame Error Rate (FER) en Uplink. Cuando el FER supera el umbral, se dispara el handoff.
• · Periodic Best Server Locate: Si los controles recién mencionados han sido superados, de todas maneras se generara una tabla con las mediciones reportadas de estos indicadores contra todas las radiobases en alcance. Si se detecta que alguna radiobase genera mejores indicadores que la activa, el hand-off se disparará hacia la RB que mejor performance este presentando para optimizar señal y potencia.

Roaming

Existe, en redes móviles, la funcionalidad de Roaming. Esta funcionalidad es la que permite a un terminal adquirido a una compañía celular cursar llamadas a través de la red de otra compañía. Para el caso argentino, por ejemplo, durante años Movistar y Personal permitieron a sus clientes utilizar indistintamente las dos redes como un método para incrementar conjuntamente la cobertura a todo el parque. Fuera de esta y otras excepciones, el caso de roaming mas común es el de roaming internacional: Cuando un terminal se encuentra fuera del territorio de su proveedor y cursa sus llamadas a través de otra compañía. El subscriptor puede iniciar o recibir llamadas en cualquier momento y sus llamadas serán tarificadas por su propio operador de red.

A fin de poder desarrollar esta capacidad, es que el VLR fue implementado dentro de los MSC. Su función es la de suplir la información que usualmente se encontraría en el HLR propio con datos solicitados al HLR de la compañía de la cual es originario el cliente, y adicionarles los que la radiobase provee (específicamente, su localización actual).

A modo de resumen, puede decirse que un usuario en roaming solo difiere de uno propio en la localización de su información (VLR en lugar de HLR) en lo que hace al comportamiento del sistema. Pero en el plano real, las bases de los VLRs son muchísimo más simples que las de los HLRs (por cuestiones no atribuibles a limitaciones técnicas sino a conveniencias comerciales) y no permiten el mismo despliegue de servicios. Por ejemplo, un cliente argentino que se encuentre traficando por su propia red podrá solicitar bloqueo de llamadas de larga distancia, la no utilización de conexiones de datos, un corte del servicio una vez alcanzado cierto límite de consumo y varias otras personalizaciones no disponibles para los usuarios en roaming, donde solo suele especificar si el cliente es o no apto para utilizar los servicios sin restricciones. En el caso práctico-comercial, los consumos son facturados por la empresa que brindo el roaming a la empresa de origen quien a su vez facturará al cliente final.

El proceso de roaming consiste en:

• Un móvil se enciende, se envía un mensaje de registración al MSC local, el cual incluye el IMSI (identificador único de la línea)
• A través del IMSI, el MSC identifica el proveedor original del celular y, en caso de poseer acuerdo comercial con el mismo, solícita autorización de roaming.
• En caso de existir acuerdo y tener el móvil autorizado el servicio de roaming, el mismo es incluido en el VLR con la localización de la radiobase en la cual se encuentra registrado.
• De realizarse llamadas entrantes a ese terminal, serán enrutadas a la radiobase que brinda el roaming y el terminal las recibirá a través de su número usual.
• De realizarse llamadas salientes, estas serán facturadas a la compañía originaria del cliente.

Servicios

– Opciones de usuario más completas

– Privacidad en la comunicación

– Prioridad de Acceso a la Red

– Estructuras de Células Jerárquicas

– Sistemas semi-privados

– Menor consumo de batería

– Facilidad de “SleepMode”

– Servicio de Mensajes Cortos

– Servicio de “Calling ID” (IS-91)

– Servicio de Paging

– Indicador de mensajes en espera

– Identificación de llamada entrante

– Autenticación

– Cobranza diferenciada