Red celular

Para la historia de los teléfonos móviles, incluyendo el historial de redes celulares, ver Historia de teléfonos móviles.

Parte superior de una torre de radio celular

Parte de la una serie en
Antenas
Tipos comunes de Dipolo Fractal Bucle Antena parabólica Televisión Látigo
Componentes Balun Convertidor de bloque Cable coaxial Contrapeso (sistema tierra) De la alimentación Línea de alimentación Bloque de bajo ruido downconverter Radiador pasivo Receptor Rotador Stub Transmisor Sintonizador Doble conductor
Sistemas Granja de la antena Radio aficionado Red celular Punto de acceso Red inalámbrica municipal Radio Torres y mástiles de radio Wi-Fi Wireless
Seguridad y regulación Salud y radiación del teléfono móvil Salud y dispositivos electrónicos inalámbricos Unión Internacional de telecomunicaciones (Reglamento de Radiocomunicaciones) Conferencia Mundial de Radiocomunicaciones
Fuentes de radiación / regiones Alineador óptico Nube de focal Plano de tierra Lóbulo principal Campo cercano y lejano Lóbulo lateral Plano vertical
Características Matriz de ganancia Directividad Eficiencia Longitud eléctrica Radio equivalente Factor de Ecuación de transmisión de Friis Ganancia Altura Patrón de radiación Resistencia a la radiación Propagación de radio Espectro radioeléctrico Relación señal a ruido Emisión de espuria
Técnicas de Dirección de la viga Inclinación de la viga Beamforming Laboratorios de Bell en capas Espacio-tiempo (BLAST) Múltiple entrada múltiple salida (MIMO) Reconfiguración del Espectro de difusión de División de espacio de banda ancha Acceso múltiple (WSDMA)

A red celular o red de telefonía móvil es una red de comunicación donde el último eslabón es inalámbrico. La red se distribuye en las zonas terrestres llamadas células, cada uno servido por al menos una ubicación fija transceptor, pero más normalmente tres sitios de la célula o estaciones base. Estas estaciones base proporcionan a la célula con la red de cobertura que puede ser utilizado para la transmisión de voz, datos y otros. Una célula generalmente utiliza un conjunto diferente de frecuencias de los vecinos de las células, para evitar interferencias y proporcionar calidad de servicio garantizado dentro de cada célula.

Cuando se unieron estas células proporcionan cobertura de radio sobre un área geográfica amplia. Esto permite a un gran número de transceptores portátiles (por ejemplo, teléfonos móviles, buscapersonasetcetera.) para comunicarse entre sí y con transceptores fijos y teléfonos en cualquier lugar de la red, a través de estaciones base, incluso si algunos de los transceptores están moviendo a través de más de una célula durante la transmisión.

Redes celulares ofrecen una serie de características deseables:

• Más capacidad que un solo transmisor grande, ya que la misma frecuencia se puede utilizar para múltiples enlaces mientras están en celdas diferentes
• Dispositivos móviles utilizan menos energía que con un solo transmisor o vía satélite desde la célula Torres están más cercanos de
• Área de cobertura más grande que un solo transmisor terrestre, desde torres de célula adicional se pueden agregar indefinidamente y no están limitadas por el horizonte

Proveedores de telecomunicaciones más importantes han desplegado redes celulares de voz y datos sobre la mayor parte de la superficie terrestre habitada de la tierra. Esto permite que teléfonos móviles y informática móvil dispositivos para conectarse a la red telefónica pública conmutada y público en Internet. Redes privadas de telefonía pueden ser utilizadas para investigación o para grandes empresas y flotas, como el envío para agencias de seguridad pública local o una empresa de taxi.

Concepto

Ejemplo de factor de reutilización de frecuencia o patrón de 1/4

En un radio celular sistema, un área para suministrar el servicio de radio es dividido en células, en un patrón que depende de las características del terreno y recepción sino que puede consistir en más o menos hexagonal, cuadrada, circular o algunas otras formas de regulares, aunque las células hexagonales son convencionales. Cada una de estas células se le asigna (múltiples) frecuenciasf₁ – f₆) que se corresponde estaciones base de radio. El grupo de frecuencias puede ser reutilizado en otras células, siempre que las mismas frecuencias no son reutilizadas en células vecinas adyacentes ya que causaría interferencia cocanal.

El mayor capacidad en una red celular, en comparación con una red con un solo transmisor, viene de la comunicación móvil desarrollado por sistema de conmutación Amos Joel de Bell Labs permite que múltiples llamadas en la misma zona con la misma frecuencia de conmutación de llamadas de la misma frecuencia al tener disponible torre celular más cercana que frecuencia disponible y del hecho de que la misma radiofrecuencia puede ser reutilizado en un área diferente para una transmisión completamente diferente. Si hay un solo transmisor llano, sólo una transmisión se puede utilizar en cualquier frecuencia dada. Por desgracia, inevitablemente hay cierto nivel de interferencia de la señal de las otras células que utilizan la misma frecuencia. Esto significa que, en un estándar FDMA sistema, debe haber al menos un hueco una célula entre las células que reutilización la misma frecuencia.

En el caso simple de la empresa de taxis, cada radio tiene un selector manual canal a sintonizar en frecuencias diferentes. Como los conductores movidos alrededor, cambian de canal a canal. Los controladores sabían que frecuencia cubrió aproximadamente qué área. Cuando no reciben una señal desde el transmisor, trataría de otros canales hasta que encontraron uno que trabajó. Los conductores de taxis sólo uno a la vez, hablaría cuando invitado por el operador de la estación base. Esto es, en cierto sentido, acceso múltiple de división de tiempo (TDMA).

El primero comercialmente automatizada red celular, la 1G generación, fue lanzado en Japón por Teléfono y telégrafo de Nippon (NTT) en 1979, inicialmente en el área metropolitana de Tokio. Dentro de cinco años, la red NTT se ha ampliado para cubrir toda la población de Japón y se convirtió en la primera red de 1G en todo el país.

Codificación de la señal de la célula

Distinguir las señales de varios transmisores diferentes, acceso múltiple de división de tiempo (TDMA), División de frecuencia múltiple acceso (FDMA), acceso múltiple de división de códigos (CDMA), y División de frecuencia ortogonal acceso múltiple (OFDMA) fueron desarrollados.

Con TDMA, el que transmite y recibe los horarios utilizados por distintos usuarios en cada celda son diferentes unos de otros.

Con FDMA, las frecuencias de transmisión y recepción utilizadas por distintos usuarios en cada celda son diferentes unos de otros. En un sistema simple de taxi, el taxista manualmente sintonizado a una frecuencia de una célula solicitada para obtener una señal fuerte y para evitar interferencias de señales de otras células.

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

Otros métodos disponibles de multiplexación como División de polarización acceso múltiple (PDMA) no puede utilizarse para separar las señales de una célula a la siguiente ya que los efectos de ambos varían con la posición y ello haría prácticamente imposible separación de señal. Acceso múltiple de división de tiempo se utiliza en combinación con FDMA o CDMA en un número de sistemas para dar varios canales dentro del área de cobertura de una sola célula.

Reutilización de frecuencia

La característica clave de una red celular es la capacidad de reutilizar frecuencias para aumentar la cobertura y capacidad. Como se describió anteriormente, las células adyacentes deben usar diferentes frecuencias, sin embargo no hay ningún problema con dos células suficientemente lejos aparte en la misma frecuencia, siempre los mástiles y equipos de los usuarios de la red celular no transmiten con demasiado poder.

Los elementos que determinan la reutilización de la frecuencia son la distancia de reutilización y el factor de reutilización. La distancia de reutilización D se calcula como

$D = R {\sqrt {3N}}$,

donde R es el radio de la célula y N es el número de células por racimo. Las células pueden variar en radio de 1 a 30 kilómetros (0,62 a 18.64 mi). Los límites de las células también pueden traslaparse entre células adyacentes y células grandes se pueden dividir en células más pequeñas.

El factor de reuso de frecuencia es la velocidad en la que se puede utilizar la misma frecuencia en la red. Lo es 1/K (o K Según algunos libros) donde K es el número de células que no pueden utilizar las mismas frecuencias para la transmisión. Valores comunes para el factor de reuso de frecuencia están 1/3, 1/4, 1/7, 1/9 y 1/12 (o 3, 4, 7, 9 y 12 dependiendo de la notación).

En caso de N antenas de sector en el mismo sitio de la estación base, cada uno con diferente dirección, el sitio de la estación base puede servir diferentes sectores N. N es por lo general 3. A patrón de reutilización de N/K denota una división más en frecuencia entre N Sector antenas por sitio. Algunos patrones actuales e históricos de la reutilización son 3/7 (amperios de América del norte), (Motorola NAMPS) 6/4 y 3/4 (GSM).

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

Acceso múltiple de división de códigos-sistemas basados en una amplia banda de frecuencia para alcanzar la misma velocidad de transmisión como FDMA, pero esto es compensado por la habilidad de usar un factor de reutilización de frecuencia de 1, por ejemplo usando un patrón de reutilización de 1/1. En otras palabras, sitios de estación base adyacentes utilizan las mismas frecuencias, y las estaciones de base 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 CDMA celular tiene solamente un sector, sino que el ancho de banda de toda la célula está también disponible para cada sector individual.

Dependiendo del tamaño de la ciudad, un sistema de taxi no puede tener cualquier frecuencia de reutilización en su propia ciudad, pero sin duda en otras ciudades cercanas, se puede utilizar la misma frecuencia. En una gran ciudad, por el contrario, reutilización de la frecuencia podría ser ciertamente en uso.

Recientemente también División de frecuencias ortogonales acceso múltiple sistemas basados en tales como LTE se está implementando con una reutilización de la frecuencia de 1. Puesto que tales sistemas no dispersan la señal a través de la banda de frecuencia, manejo de los recursos inter-celular radio es importante para coordinar la asignación de recursos entre sitios diferentes de la célula y para limitar la interferencia entre célula. Hay diversos medios de Coordinación de la interferencia entre células (ICIC) ya definido en el estándar. Programación coordinada, MIMO multi-site o multi-sitio Haz formando son otros ejemplos para el manejo de recursos de radio inter-celular que podría ser estandarizado en el futuro.

Antenas direccionales

Patrón de reutilización de frecuencia de telefonía celular. Ver Los E.E.U.U. patente 4.144.411

Torres de la célula utiliza con frecuencia un señal direccional para mejorar la recepción en zonas de mayor tráfico. En los Estados Unidos, la FCC limita la célula omnidireccional torre señales a 100 watts de potencia. Si la Torre dispone de antenas direccionales, la FCC permite que el operador de celular emitir hasta 500 vatios de energía irradiada eficaz (ERP).

Aunque las torres de la célula original crearon una señal omnidireccional, incluso, en los centros de las células y omnidireccionales, mapa celular puede redibujarse con las torres de telefonía celular ubicadas en las esquinas de los hexágonos donde convergen tres células. Cada torre cuenta con tres sistemas de antenas direccionales dirigidas en tres direcciones diferentes con 120 grados para cada celda (un total de 360 grados) y recibir/transmitir en tres diferentes células en diferentes frecuencias. Esto proporciona un mínimo de tres canales y tres torres para cada celda y aumenta considerablemente las posibilidades de recibir una señal utilizable de por lo menos una dirección.

Los números en la ilustración son números de canal, que repiten cada 3 celdas. Células grandes pueden subdividirse en células más pequeñas para zonas de alto volumen.

Compañías de telefonía celular también usan esta señal direccional para mejorar la recepción a lo largo de las carreteras y dentro de los edificios como estadios y arenas.

Mensajes de difusión y paginación

Prácticamente cada sistema celular tiene algún tipo de mecanismo de difusión. Esto puede ser usado directamente para distribuir información a múltiples móviles. Comúnmente, por ejemplo en telefonía móvil sistemas, el uso más importante de la información difusión es configurar los canales para la comunicación uno a uno entre el transceptor móvil y la estación base. Esto se llama paginación. Los tres diferente paginación adoptados generalmente son paginación secuencial, paralela y selectiva.

Los detalles del proceso de paginación varían algo de red, pero normalmente sabemos 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 sistema o área de enrutamiento si se trate de una sesión de paquetes de datos; en LTElas células se agrupan en las áreas de seguimiento). Paginación se realiza enviando el mensaje de difusión a todas las células. Mensajes de paginación pueden ser utilizados para la transferencia de información. Esto sucede en buscapersonas, en CDMA sistemas para el envío de SMS mensajes y en el UMTS sistema donde permite la latencia baja descendente en conexiones basadas en paquetes.

Movimiento de célula a célula y la entrega

En un sistema primitivo de taxi, cuando el taxi se trasladó lejos de una primera torre y más cercano a una segunda torre, conductor del taxi manualmente cambia de una frecuencia a otra según sea necesario. Si la comunicación se interrumpió debido a la pérdida de una señal, el taxista le preguntó el operador de la estación base para repetir el mensaje en una frecuencia diferente.

En un sistema celular, como los transceptores móviles distribuidos moverse de célula a célula durante una comunicación continua en curso, cambio de frecuencia de una célula a una frecuencia diferente de la célula se hace electrónicamente sin interrupción y sin un operador de la estación base o conmutación manual. Esto se llama el entrega o entrega. Por lo general, un nuevo canal se selecciona automáticamente para la unidad móvil en la nueva estación base que le servirá. La unidad móvil entonces automáticamente desde el canal actual al nuevo canal y comunicación continúa.

Los detalles exactos del movimiento del sistema móvil de una estación base a otra varían considerablemente de sistema a sistema (véase el siguiente ejemplo de cómo una red de telefonía móvil gestiona entrega).

Red de telefonía móvil

GSM arquitectura de red

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

Redes de telefonía móvil moderno utilizan las células porque las frecuencias de radio son un recurso limitado y compartido. Sitios de celulares y teléfonos cambian frecuencia bajo control de computadora y usan transmisores de baja potencia para que el número generalmente limitado de frecuencias de radio puede ser utilizado simultáneamente por muchas llamadas con menos interferencia.

Una red celular es utilizada por el operador de telefonía móvil para lograr la cobertura y capacidad para sus abonados. Grandes zonas geográficas se dividen en células más pequeñas para evitar la pérdida de la señal de la línea de la vista y para apoyar a un gran número de teléfonos activos en esa zona. Todos los sitios de la célula están conectados a centrales telefónicas (o interruptores), que a su vez conectar a la red telefónica pública.

En las ciudades, cada sitio de la célula tenga una gama de hasta aproximadamente ¹⁄₂ milla (0.80 km), mientras que en las zonas rurales, el rango podría ser tanto como 5 millas (8.0 km). Es posible que en áreas abiertas claro, un usuario puede recibir señales de un sitio celular 25 millas (40 km).

Ya que casi todos los teléfonos móviles utilizan tecnología celular, incluyendo GSM, CDMA, y AMPS (analógico), el término "teléfono celular" en algunas regiones, en particular los Estados Unidos, utiliza indistintamente con "teléfono móvil". Sin embargo, teléfonos satelitales son teléfonos móviles que no se comunican directamente con una torre celular terrestre, pero puede hacer tan 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), cdmaOne, CDMA2000, Evolución de datos optimizados (EV-DO), Tasas de datos mejoradas para la evolución GSM (BORDE), Sistema universal de telecomunicaciones móviles (UMTS), Digitales telecomunicaciones inalámbricas mejoradas (DECT), Digitales AMPS (IS-136/TDMA), y Digital integrada mejorada red (iDEN). La transición de analógico existente a la norma digital siguió un camino muy diferente en Europa y Estados Unidos. Como consecuencia, varios estándares digitales surgieron en los Estados Unidos, mientras que Europa y muchos países convergieron hacia el estándar GSM.

Estructura de la red celular de telefonía móvil

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

• Una red de radio estaciones base formación de la subsistema de estación base.
• La red de circuito conmutado de central para el manejo de llamadas de voz y texto
• A red de paquete conmutado para el manejo de datos móviles
• La red telefónica pública conmutada para conectar abonados a la red más amplia de telefonía

Esta red es la base de la GSM sistema de red. Hay muchas funciones que se realizan por esta red para asegurarse de que los clientes obtienen el servicio deseado, incluyendo la gestión de la movilidad, registro, establecimiento de llamada, y entrega.

Cualquier teléfono se conecta a la red mediante un (RBSEstación Base de radio) en una esquina de la celda correspondiente que a su vez se conecta a la Centro de conmutación móvil (MSC). El MSC ofrece una conexión a la red telefónica pública conmutada (PSTN). El enlace de un teléfono para el RBS se llama un enlace ascendente mientras que la otra forma se denomina enlace descendente.

Canales de radio utilizan eficazmente el medio de transmisión a través de los siguientes esquemas de multiplexación y acceso: División de frecuencia múltiple acceso (FDMA), acceso múltiple de división de tiempo (TDMA), acceso múltiple de división de códigos (CDMA), y acceso múltiple de división del espacio (SDMA).

Pequeñas células

Artículo principal: Células pequeñas

Pequeñas células, que tienen un área de cobertura más pequeña que las estaciones de base, son clasificadas como sigue:

• Microcell, menos de 2 kilómetros
• Picocell, menos de 200 metros
• Femtocell, alrededor de 10 metros

Traspaso celular en redes de telefonía móvil

Artículo principal: Entrega

Como el usuario se mueve de la zona de una célula a otra célula mientras una llamada está en curso, la estación móvil buscará un nuevo canal fijar a fin de no caer la llamada. Una vez que se encuentra un canal nuevo, la red de comando de la unidad móvil para cambiar al canal nuevo y en el mismo interruptor de tiempo de la llamada en el nuevo canal.

Con CDMA, varios microteléfonos CDMA compartan un canal de radio específico. Las señales son separadas usando un pseudonoise código (código PN) específico para cada teléfono. Como el usuario se mueve de una célula a otra, el teléfono establece radio enlaces con varios sitios de la célula (o sectores del mismo sitio) simultáneamente. Esto se conoce como "handoff suave" porque, a diferencia con la tecnología celular tradicional, hay no hay un punto definido donde el teléfono cambia a la nueva celda.

En ES-95 traspasos entre frecuencias y más viejos sistemas análogos tales como NMT por lo general, será imposible probar el canal de destino directamente durante la comunicación. En este caso otras técnicas tienen que ser utilizados como piloto balizas en IS-95. Esto significa que casi siempre hay una breve pausa en la comunicación mientras que busca para el nuevo canal seguido por el riesgo de un inesperado retorno al viejo canal.

Si hay una comunicación permanente o la comunicación puede interrumpirse, es posible que la unidad móvil moverse espontáneamente de una celda 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: Frecuencias celulares

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

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

Área de servicio celular puede variar debido a la interferencia de sistemas de transmisión, tanto dentro como alrededor de esa célula. Esto es cierto especialmente en los sistemas CDMA basado. El receptor requiere un cierto relación señal a ruido, y el emisor no debe enviar con potencia de transmisión demasiado a la vista para no causar interferencias con otros transmisores. Mientras que el receptor se mueve lejos del transmisor, la potencia recibida disminuye, así que el control de potencia algoritmo del transmisor aumenta la potencia transmite para restaurar el nivel de potencia recibida. Como la interferencia (ruido) se eleva por encima de la potencia recibida del transmisor, y la potencia del transmisor no se puede aumentar más, la señal se convierte en corrupto y finalmente inservible. En sistemas basados en CDMA el efecto de interferencias de otros transmisores móviles en la misma celda en el área de cobertura es muy marcado y tiene un nombre especial, respiración celular.

Uno puede ver ejemplos de cobertura de la célula mediante el estudio de algunos de los mapas de cobertura proporcionados por operadores reales en sus sitios web o mirando independientemente colectivas tales como mapas OpenSignal. En algunos casos puede marcar el sitio del transmisor, en otros que se puede calcular mediante el trabajo el punto de mayor cobertura.

A repetidor celular se utiliza para extender la cobertura celular en áreas más grandes. Van desde los repetidores de banda ancha para el consumo en hogares y oficinas para repetidores inteligentes o digitales para la industria.

Comparación de cobertura de frecuencias diferentes

La siguiente tabla muestra la dependencia del área de cobertura de una célula en la frecuencia de un CDMA2000 red:

Frecuencia (MHz)	(Km) de radio celular	Área de celular (km2)	Conteo de relativa
450	48.9	7521	1
950	26.9	2269	3.3
1800	14.0	618	12.2
2100	12.0	449	16.2

Ver también

Listas e información técnica:

• Tecnología: GSM, ES-95, UMTS, CDMA2000, LTE
• Frecuencias celulares
  • Bandas de frecuencia GSM
  • Bandas de frecuencia UMTS
  • Bandas de frecuencia LTE
• Redes desplegadas por la tecnología
  • Lista de redes UMTS
  • Lista de las redes HSDPA
  • Lista de redes HSUPA
  • Lista de las redes HSPA +
  • Lista de redes TD-SCDMA
  • Lista de redes CDMA2000
  • Lista de redes LTE
  • Lista de redes desplegadas de WiMAX
• Redes desplegadas por el país (incluyendo tecnología y frecuencias)
  • Lista de operadores de telefonía móvil de Europa
  • Lista de operadores de redes móviles de las Américas
  • Lista de operadores de redes móviles de la región de Asia y el Pacífico
  • Lista de operadores de redes móviles de Oriente Medio y África
  • Lista de operadores de redes móviles (Resumen)
• Código de país móvil -código, la frecuencia y la tecnología para cada operador en cada país
• Comparación de estándares de telefonía móvil

Equipo:

• Repetidor celular
• Routers celulares
• Radio móvil profesional (PMR)
• OpenBTS

Otros:

• Tráfico celular
• MIMO (múltiple entrada y múltiple salida)
• Computación móvil edge
• Salud y radiación del teléfono móvil
• Simulación de redes
• Gestión de recursos radio (RRM)
• Enrutamiento en redes celulares
• Intensidad de la señal
• Título 47 del código de regulaciones federales

Enlaces externos

• Raciti, Robert C. (julio de 1995). "TECNOLOGÍA CELULAR". Nova Southeastern University. 2 de abril 2012. 

Lectura adicional

• P. llave, D. Smith. Ingeniería de Teletráfico en un mundo competitivo. Elsevier Science B.V., Amsterdam Holanda, 1999. Capítulo 1 (plenaria) y 3 (móvil).
• William C. Lee de Y., Sistemas de telecomunicaciones móviles celulares (1989), McGraw-Hill.