Tierra de Celulares

¿Cómo funciona un teléfono celular?

Una Introducción enLa tecnología del celular

Patricio Vargas, Noviembre 2005

Celulares – introducción a la telefonía movil 2

Objetivo de este seminario

• Razones de porque en GSM se utilizan células

(GSM = Global System for Mobile Communications = Sistema Global para Comunicaciones

Móviles)• Conocer el significado de algunos conceptos que se

usan en GSM- Paging (Activación) - Actualización- Handover (Pasar frecuencias) - Roaming (activación en viaje)

• Conocer la razón de los Estándares

• Conocer la diferencia entre Celulares y aparatos de radio

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¡Nos comunicamos!

Teléfono, el medio de

comunicación número 1

La Mitad de los Chilenos tiene un Celular (subtel 2005)

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El Teléfono...

Con Enchufe = Conectado a la red vía cables

= No es móvil• Red Telefónica Análoga

– Sistema usual

• ISDN – Standard digital– Integrated Services

Digital Network (Red Digital de Servicios Integrados)

– Transferencia de datos – Internet– Funciones extras, p.ej. “Reconocer quien llama“

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…se convirtió móvil...

• Cobertura– Máximo 1km– Alrededor de 50 metros en Edificios

• El Standard se llama: DECT– Digital Enhanced Cordless Telecommunications(Telecomunicaciones Inalámbricas Digitales

Mejoradas)

Aparato y Estacion Base

Cada uno es Emisor y Receptor

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…y después totalmente móvil

• Hoy: Teléfono Celular

• Libre tránsito– Recepción en casi todo Chile

• El Estandar es: GSM– Global System for Mobile Communications(Sistema Global para Comunicaciones Móviles)– Tecnología Digital

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¿Por qué Estándares?

• Hasta ahora 3 Estandares técnicos:– ISDN (Teléfono-Digital)

– DECT (Teléfono inalámbrico)

– GSM (Teléfono celular)

• Estándares Conocidos:– VHS (Video)

– Tapas de conservas

– Formatos de papel y sobres (p.ej. A4, C5...)

¿Razón?

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¡Los Estándares son Normas!

Estándard = Fijación (técnica) clara

(también: Norma), de amplia aceptación

Objetivo: Unificación

Diferentes personas pueden desarrollarproductos compatibles independientemente.

– p.ej. Celulares-GSM, Nokia, Motorola, etc!

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¿Celular = Aparato de radio?

• ¿Diferentes?• ¿Parecidos?

?=

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Ambos emiten...

• Transmisión a traves del Aire!– Sin conecciones de cables u otras

• Transmisión de ondas Electromagnéticas– Como la Radio!

• Diferentes Frecuencias– Radio Cooperativa Pto. Montt: 105.3 MHz– Radio USM: 99.7 MHz – Celular: alrededor de 890-960 MHz 1710-1880 MHz o

Mayores Frecuencias

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...digital o análogo...

tiempo

Ruido

despacio

fuerte

alto

profundo

análo

go

dig

ital

Zeit

Codificación

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...pero: ¡La Diferencia!

Estación emisora de radio

B

C

A

D

Frecuencia

1 Frecuencia 2

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¿Dónde estoy yo?

• ¿Sabe un celular dónde está?– ¿De dónde sabe eso?

GSM Chile

...

Ciudad de Valparaíso

???

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Tierra de Celulares• Los celulares viven en territorios* con fronteras

* Territorios se denominan Células en GSM

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La Administración

• Hay una Administración* por cada célula• Cuando un celular hace algo – siempre a

través de la administración

Verwaltung

* La Administración son los protocolos BTS, BSC y MSC en GSM

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La oficina de visitas...

• Oficina de visitas* – todos los celulares que están en una célula están registrados

• Sólo tienen acceso a través de la Administración

Oficina de visitas

* La Oficina de visitas es el protocolo VLR en GSM

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...y la oficina de residencia• Cada celular tiene una célula de residencia

– Ahí se debe inscribir en la oficina de residencia*

• Todos los datos importantes estan registrados allí

Oficina de residencia

* La Oficina de residencia es el protocolo HLR en GSM

Visita

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Datos en la oficina de residencia

• Cada celular esta registrado sólo en una oficina de residencia

– ¡La residencia del celular!

• Datos importantes:– Número del celular– Lugar actual del celular

Célula actual donde se ubica el celular (Oficina de visita)

– Derechos del celularp.ej.: Conección a Internet

Visa para otros países– Datos encriptados en claves (Código secreto con su

administración)

• ¡La colección de datos más importante en un celular!

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Registro de entrada y salida

• Si un celular cambia de célula:1. Registro de Entrada en la nueva oficina de visitas2. Registro de Salida en la oficina de visitas

anterior3. Cambio de Registro en la oficina de residencia

Residencia

Visita

Visita

Residencia1

2

3

Celulares – introducción a la telefonía movil 20

¡Aquí estoy yo!

• Cambio de célula: en la frontera registra su entrada en la nueva oficina de visitas, registra su salida de la oficina de visitas anterior y actualiza el registro en la oficina de residencia.

• Por esto sabe un celular donde esta

GSM de CHILE

...

Ciudad de Valparaíso

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Noticia desde una célula fija

Residencia Visita

Visita

Heim

• Una noticia desde una célula fija al celular X:– Administración del Telefono de la célula fija pregunta a

la Administración Internacional*Esta conoce la oficina de residencia

– En la oficina de residencia está registrada la célula actual del celular X

X

* Esto se denomina un GMSC en GSM

Oficina de residencia del

celular XOficina de

visitas actual del celular X

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Activación para celular X

Residencia Visita

Visita

Residencia

• La Administración activa* toda la célula donde se encuentra el celular X

• Celular X se contacta con la Administración– Así la noticia desde una célula fija puede recibirse

X

* Esta Activación se llama Paging en GSM

Celular X?

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Celulares cantan

Los celulares cantan** de una forma conocida

* Cantar significa para celulares la acción de Emitir

Celulares – introducción a la telefonía movil 24

¡Coros No!

• En Coro** los celulares no pueden cantar– Cuando varios celulares cantan la misma canción en

conjunto, no se puede distinguir quien exactamente canta. Por esto a los celulares no les gusta cantar en Coro

Celulares cantan una canción ¡Siempre solos!

* Esto significa Interferencias (Emitir en las mismas Frecuencias)

Celulares – introducción a la telefonía movil 25

Limitado número de canciones

• Desgraciadamente no existen infinitas canciones**

• Número fijo de canciones por célula– p.ej. 10 canciones por célula

• No hay coros en las fronteras:¡Colecciones diferentes de

canciones!

* Canciones significan Frecuencias para los celulares

canciones 1

canciones 2

canciones 3

canciones 1

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En la célula ahora

ResidenciaVisita

canciones

• Nuevo: La Administración posee una colección de canciones

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Un celular quiere cantar

• El Celular desea cantar: pide una canción a la administración

• Si la administración tiene canciones libres: Al celular se le otorga una canción y puede cantar

– Si no hay canciones libres: no es posible cantar

• Cuando un celular no quiere cantar más, entrega la canción

– Otros celulares la pueden utilizar

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• Un celular cantando que se mueve, ¡sigue cantando al cruzar la frontera entre dos células!

• En la frontera: Conversación entre ambas administraciones y entrega de una nueva canción si es que hay disponibles.

– La canción antigua se devuelve.

Si un celular cantando se mueve

FRONTERA

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• Esta nueva Entrega** de otra canción por la nueva administración debe ocurrir muy rápido

– El celular quiere cantar continuamenteEn GSM: alrededor de 60 milisegundos!

• El celular no se da cuenta - canta cualquier canción– Se dice que esta acción es transparente para el celular

Nueva entrega

Canciones 1

Canciones 2

* Handover en la tecnología celular

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ActualizaciónPregunta: ¿Qué pasa con celulares que pierden su ubicación?

– Extravío, Olvido, Pérdida de memoria...

* En GSM esto se denomina LA Identificator

Respuesta: la administración toca periódicamente el Himno Nacional*

– Este himno es único por célula– El celular elije el más fuerte si escucha muchos, y así identifica donde está

Residencia

Visita

Visita

Residencia Himno

Nacional

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Permiso de viaje

residencia Visita

Visita

residencia

• Un celular no obtiene una canción en cada célula– S olo en células donde existen alianzas*

Consecuencias: ¡libre transito para celulares!

• Células y alianzas se unen en un trato– ¡Y así permiten un tránsito más extenso para un celular!

* Esto de denomina Roaming en la jerga de celulares

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Palabras sobre GSM• El standard GSM es extenso & complejo

– texto: ¡más de 5000 hojas!

• Se definen muchas unidades y procesos– Hasta ahora poco conocido – No cubre aspectos de seguridad, llaves, codificaciones,

SMS, SIM, ventana temporal, etc...

• Esta presentación debe entenderse como: muy simplificada y con analogías de los Conceptos Básicos y principios de funcionamiento

– No hay conceptos técnicos detallados

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Diferencia Radio / Celular

Ya vimos que:

• Un aparato de radio debe poder emitir hasta el receptor

• Un celular debe emitir solo hasta la estación emisora más cercana– Una estación emisora (administración)

por célula

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Células

¿Por qué se usan células?:

1. Las Frecuencias (canciones) pueden utilizarse varias veces por un mismo celular

• Las mismas frecuencias no están en las células vecinas• Muchos más celulares pueden emitir (cantar)

2. El celular necesita menos Energía de emisión (puede cantar despacio)

• Solo hasta la estación emisora vecina (Administración)• Baterías mas pequeñas (necesita menos potencia)

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FINAL

Residencia

Visita

canciones

• Células – Consecuencias