Tierra de Celulares
¿Cómo funciona un teléfono celular?
Una Introducción en
La tecnología del celular
Patricio Vargas, Noviembre 2005
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)
- Handover (Pasar frecuencias)
- Actualización
- Roaming (activación en viaje)
• Conocer la razón de los Estándares
• Conocer la diferencia entre Celulares y aparatos de radio
Celulares – introducción a la telefonía movil
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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...
Aparato y
Estacion Base
Cada uno es Emisor y
Receptor
• Cobertura
– Máximo 1km
– Alrededor de 50 metros en Edificios
• El Standard se llama: DECT
– Digital Enhanced Cordless Telecommunications
(Telecomunicaciones Inalámbricas Digitales Mejoradas)
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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)
¿Razón?
– Tapas de conservas
– Formatos de papel y sobres (p.ej. A4, C5...)
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¡Los Estándares son Normas!
Estándard = Fijación (técnica) clara
(también: Norma), de amplia aceptación
Objetivo: Unificación
Diferentes personas pueden desarrollar
productos 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...
Ruido
alto
tiempo
despacio
fuerte
profundo
Codificación
Zeit
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...pero: ¡La Diferencia!
A
B
C
D
Estación emisora
de radio
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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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???
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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
Visita
Oficina de
residencia
* La Oficina de residencia es el protocolo HLR en GSM
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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 celular
p.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 visitas
2. Registro de Salida en la oficina de visitas anterior
3. Cambio de Registro en la oficina de residencia
Residencia
Visita
3
1
Residencia
Visita
2
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¡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.
GSM de CHILE
...
Ciudad de
Valparaíso
• Por esto sabe un celular donde esta
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Noticia desde una célula fija
• 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
Oficina de
residencia del
Heim X
celular
Visita
Residencia
X
Visita
Oficina de visitas
actual del celular X
* Esto se denomina un GMSC en GSM
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Activación para celular X
• 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
Visita
Residencia
Residencia
Celular X?
X
Visita
* Esta Activación se llama Paging en GSM
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Celulares cantan
Los celulares cantan*
de una forma conocida
* Cantar significa para celulares la acción de Emitir
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¡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)
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Limitado número de canciones
• Desgraciadamente no existen infinitas canciones*
• Número fijo de canciones por célula
–
p.ej. 10 canciones por célula
canciones 2
• No hay coros en las fronteras:
canciones 1
canciones 1
¡Colecciones diferentes de
canciones!
canciones 3
* Canciones significan Frecuencias para los celulares
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En la célula ahora
• Nuevo: La Administración posee una colección de
canciones
Residencia
Visita
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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Si un celular cantando se mueve
• Un celular cantando que se mueve, ¡sigue
cantando al cruzar la frontera entre dos células!
F
R
O
N
T
E
R
A
• En la frontera: Conversación entre ambas
administraciones y entrega de una nueva canción
si es que hay disponibles.
– La canción antigua se devuelve.
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Nueva entrega
• Esta nueva Entrega* de otra canción por la nueva
administración debe ocurrir muy rápido
– El celular quiere cantar continuamente
En GSM: alrededor de 60 milisegundos!
• El celular no se da cuenta - canta cualquier canción
– Se dice que esta acción es transparente para el celular
Canciones 1
Canciones 2
* Handover en la tecnología celular
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Actualización
Pregunta: ¿Qué pasa con celulares que pierden su ubicación?
– Extravío, Olvido, Pérdida de memoria...
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
Visita
Residencia
Visita
Residencia
Himno Nacional
* En GSM esto se denomina LA Identificator
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Permiso de viaje
• 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!
Visita
residencia
Visita
residencia
* 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
• Células – Consecuencias
Residencia
Visita
canciones
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Descargar

EL CELULAR