Comunicaciones móviles

Jhon Jairo Padilla Aguilar

Jhon Jairo Padilla Aguilar

PhD. Ingeniería Telemática

SERVICIO MÓVIL

Comunicaciones móviles

Jhon Jairo Padilla Aguilar

Definición:

Servicio de

radiocomunicaciones

entre estaciones Móviles

y estaciones terrestres

fijas, o entre estaciones

Móviles sólamente.

Consideraciones Generales

Comunicaciones móviles

Jhon Jairo Padilla Aguilar

Tipos de servicios móviles: Terrestre, marítimo y

aeronáutico

Característica básica: Movilidad de los terminales. Usan

repetidores (Terrestres o espaciales).

Tipos de información: Voz, Datos, fax, vídeo, telemando,

señalización.

INFRAESTRUCTURA BÁSICA

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Una red inalámbrica

suele componerse de

estaciones base y

usuarios móviles.

La Estación Base

Recoge/Distribuye la

información de los

móviles.

Organización por capas

Capa Funciones

Física Transmisión: Modulación,

sincronización

Recepción: Demodulación,

sincronización

Acceso al Medio Resolución de colisiones

Multiplexación/Demultiplexación de

usuarios

Enlace de datos Detección y corrección de errores,

control de flujo

Red Búsqueda de usuarios,

enrutamiento, gestión de llamadas

Transporte Transporte fiable extremo-extremo

Aplicación Voz, Video, datos, controlComunicaciones móviles

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ZONA DE COBERTURA DE UNA RED

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Es la superficie

geográfica dentro de la

cual los terminales

pueden establecer

comunicación con la

estación fija o entre sí.

Clasificación redes inalámbricas según

su cobertura

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Comunicaciones Móviles

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Ideado por D.H.Ring en

1947

División de la zona de

cobertura en regiones

pequeñas llamadas células

(tamaño variable en

función de la demanda de

tráfico)

Las células pueden usar las

mismas frecuencias pero

distanciadas lo suficiente

para evitar interferencias.

Concepto “Celda”

Forma de las celdas

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R

(a) Celda ideal (b) Celda real

R

R R

R

(c) Diferentes modelos de celdas

Arquitectura típica de una red móvil

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Núcleo de Red telefónica

Mobile Switching Center

Terminal

Móvil

MSC(MSC)

Enlaces

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-Enlace Descendente

(Down Link)

-Enlace Ascendente(Up

Link) (Requiere Técnicas

de multiacceso)

-Alcance de la estación

Base (Talk Out)

-RetroAlcance (Talk back,

de la estación móvil)

Modalidad de funcionamiento

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Sistemas de Radiotelefonía:

Son aquellos en que las

transmisiones se realizan en

ambos sentidos (Up-link y

Down Link)

Sistemas de radio búsqueda

o radio mensajería:

Las transmisiones sólo tienen

lugar en el sentido down-link

(Paging Systems).

Sector de Aplicación (I)

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Sistemas de Radio

Telefonía Móvil (PMR,

Private Mobile Radio):

Area: Dominios de una

empresa.

No hay conexión con la

red PSTN.

Usos: Gestión de flotas, vigilancia privada, policía,

mantenimiento de servicios públicos, ambulancias, etc.

Sector de Aplicación (II)

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Telefonía Móvil Pública (PMT:

Public Mobile Telephony):

-Interconectados con la PSTN.

-Area: Regiones, Naciones,

Continentes.

-Prestaciones similares a las del

servicio telefónico convencional.

PLMN: Public Land Mobile

Network

Sector de Aplicación (III)

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Cordless Telephony

(Telefonía sin hilos):

Se usa para el acceso

a la PSTN desde

terminales

inalámbricos de

usuario (Teléfonos sin

cordón)

Tecnología: WLL

(Wireless Local Loop)

Sector de Aplicación (IV)

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Wireless LAN:

Redes de Acceso

Inalámbricas (WLAN)

Con infraestructura

Ejemplo: Wi-Fi.

Sector de Aplicación (V)

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Mesh Networks

(Redes Malladas)

Ejemplo: Wi-Max

Sector de Aplicación (VI)

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Redes de Sensores

(Sensor Networks)

La interfaz Radio

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Banda de frecuencias utilizada

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Banda VHF Banda Baja 30-80Mhz

Banda alta 140-170Mhz

Banda III 223-235Mhz

Banda UHF Banda baja 406-470Mhz

Banda alta 862-960Mhz

1800-1900Mhz

Ejemplos:

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Técnica de Multiacceso (I)

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-FDMA (Frequency

Division Multiple Access)

Los terminales usan una

frecuencia diferente para

cada uno.

Todos pueden transmitir

simultáneamente.frecuencia

Tiempo

Tecnicas de multiacceso (II)

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TDMA: Acceso

Múltiple por División

de Tiempo

Cada terminal usa

una ranura de

tiempo diferente.

Todos los terminales

usan el mismo rango

de frecuencias.

Tiempo

frecuencia

Técnicas de Multiacceso (III)

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CDMA (Acceso Múltiple por División de

Código):

Usa técnicas de espectro expandido.

Usa códigos pseudoaleatorios para

expandir y recuperar la señal original.

Todos los terminales pueden transmitir

simultáneamente y usando el mismo rango

de frecuencias

frecuencia

Tiempo

código

Acceso Múltiple OFDMA

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Acceso Múltiple OFDMA

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Modo de Explotación (I)

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Símplex a una frecuencia:

-Utilizan la misma frecuencia para cada sentido

-La Tx y Rx se realizan en forma secuencial en un sentido a la vez

-Cualquier equipo puede hablar y oir a cualquier otro dentro de la zona

de cobertura mutua

Ventajas: *Sencillez; Ayuda mutua entre terminales; Buena utilización

del espectro

Desventajas: Captura de una comunicación por otra; Bloqueo en los

receptores

Ayuda Mutua entre terminales

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Captura de una comunicación

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Bloqueo en los receptores

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Solución: f1 f2 f34.5Mhz 4.5Mhz

Modo de Explotación (II)

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Canales símplex a dos frecuencias:

-Soluciona el problema del bloqueo.

-Hay una frecuencia para cada sentido de la

comunicación (separadas 4 o 5 Mhz).

-La Tx y Rx del móvil se hace en momentos diferentes.

-Disminuye la interferencia entre estaciones base.

-Las estaciones móviles no pueden hablar entre sí y sólo

pueden hacerlo con la base.

Modo de Explotación (III)

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Canales Semidúplex:

-Se logra comunicación de todos con todos.

-Usa dos frecuencias: una para Tx y otra para Rx.

-La estación base retransmite las señales que recibe (Talk Through).

-La estación base Tx y Rx simultáneamente gracias a un duplexor.

-La estación móvil Tx y Rx en momentos diferentes (no tiene

duplexor sino conmutador de antena).

-Usado en los sistemas PMR.

Modo de Explotación (IV)

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Canales dúplex:

-Similar al caso anterior.

-Las estaciones móviles tienen duplexor (pueden Tx y

Rx simultáneamente)

-Se requiere una pareja de frecuencias para enlazar cada

móvil con la estación base. Separación en frec. > 3Mhz

para un buen funcionamiento del duplexor.

-No es posible la comunicación móvil-móvil sin pasar

por la base.

-Se usa en sistemas PMT.

Canales Duplex: Técnicas de Duplexado

Permiten la comunicación full-duplex entre móvil y BS

Hay dos técnicas:

FDD (Duplexado por división de frecuencia)

TDD (Duplexado por división de tiempo)

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FDD: Distribución de frecuencias en

la interfaz radio

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f1 f2 f1’ f2’ f

UL DL

-Cada móvil se

comunica a través de un

radiocanal

-Un radiocanal se

compone de dos

frecuencias (fi, fi’)

-UL: menor potencia de

transmisión en el móvil

(menor atenuación a

menor frecuencia)

TDD

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El enlace ascendente y descendente operan en laMisma banda de frecuencias, utilizando diferentesslots

Down-link up-link

Permite asimetríaLo que se prestaPara comunicaciónDe datos

Dimensiones de un proceso de

radiocomunicación

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Frecuencia (f)

Espacio(s)

Tiempo (t)

Distribución de frecuencias en el

canal móvil

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Df Df

B

BW

SubBanda Inferior

BW

SubBanda Superior

fI fi fi+1 fs fI’ fi’ fi+1 fs’

Df = fi+1 – fi N=BW/Df fn=fI + nDf fn’= fn+B

Entidades y parámetros de la interfaz

radio

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PRAD

Pst

Pnext EI

ED PSD

C/N, C/I

SINAD

BER

Pnint

Tx

Deseado

Tx

Interfer.

Rx

deseado

PRAD: Potencia radiada aparente del Tx deseado; PSD: Pot. Señal deseada; ED: Campo

eléctrico del Tx deseado en la ant. Rx; EI:Campo eléctrico interferente total

Perturbaciones: Pnext: Pot. Ruido externo; Pnint: Pot. Ruido Interno; Pst: Pot. Total Señales

interferentes en el receptor

Signal Noise DistortionSINAD

Noise Distortion

ARREGLOS DE ANTENAS

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Sistemas MIMO

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CALIDAD DE LOS SISTEMAS

MOVILES

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Los parámetros de calidad de los sistemas móviles se

traducen en objetivos de diseño. Ellos son:

Calidad de cobertura

Calidad del terminal

Calidad de disponibilidad

Calidad de Fiabilidad

Calidad de Fidelidad

Parámetros de calidad de cobertura

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Extensión: local, regional, nacional, internacional.

Escenario de cobertura: calles, carreteras, interior de

vehículos, interior de edificios, subterráneos y túneles.

Grado de cobertura: Porcentaje perimetral, porcentaje

zonal de ubicaciones en que se consigue la comunicación.

COBERTURA RADIOELÉCTRICA (I)

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Zona de Cobertura de la estación

Base:

Superficie en torno a dicha estación

en la que la señal disponible para los

móviles tiene un valor superior a

cierto umbral de funcionamiento.

Teóricamente debería proporcionarse

servicio a los móviles en cualquier

punto de la zona de cobertura.

COBERTURA RADIOELÉCTRICA (II)

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Importancia de la Predicción de

la zona de cobertura:

Existe multiplicidad de

trayectos, cada uno con variadas

situaciones de propagación.

Las pérdidas de propagación

tienen carácter aleatorio debido

a la variabilidad del terreno y la

movilidad del Terminal.

COBERTURA RADIOELÉCTRICA (III)

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Estudios de Cobertura:

Se usan modelos teóricos y empíricos

de propagación que pueden ser

automatizados por computador.

Se habla de cobertura en sentido

estadístico.

Parámetros: Porcentaje de

emplazamientos, Porcentaje de

tiempo.

Parámetros de Calidad del terminal

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Simetría del enlace bidireccional

Ideal: Alcance = retro-alcance

Tipo de terminal: vehículo, transportable, de mano.

Parámetros de Calidad de disponibilidad

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Facilidad con que un terminal accesa y toma el canal

radio.

Depende de la cobertura y de la congestión de los

canales radio disponibles.

Parámetro: Probabilidad de bloqueo

Calidad de fiabilidad

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Porcentaje de tiempo máximo admisible de

interrupciones de los enlaces o caídas de llamadas debido

a averías en equipos, fallos de alimentación, interferencias

intensas externas, etc.

Calidad de Fidelidad

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Señal de Voz: inteligibilidad, claridad de la señal recibida

(ausencia de parásitos, ruido, diafonía).

Señal de datos: Tasa de errores

Parámetros de medida:

SINAD (Signal to Noise and Distortion ratio), Usada para sistemas

analógicos

BER (Bit Error Rate), usada en sistemas digitales

Evolución y Panorámica de los

sistemas de comunicaciones móviles

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Radiotelefonía Radiomensajería

PMR PLMN W-PABX Sistemas Públicos

Señalización Tonos SIMULCAST Teléfonos

CTSS, SELCALL sin cordón

Señalización Digital Sistemas Celulares Analógicos

Trunking (PAMR) 1ªGeneración Digitales

Analógicos MPT1327 (NMT-TACS-AMPS)

Trunking Digital Sistemas Celulares DECT

TETRA, DSRR 2ªGeneración (GSM)

D-AMPS, IS-54,IS-94

JDC, TFTS

Sistemas AVL Sistema DCS-1800

Comunicaciones Personales

UMTS-FPLMTS-IMT2000

Analógicos Tonos/Voz

SIMULCAST

Alfanuméricos

(POCSAG, EUROSIGNAL)

Digitales (ERMES)

Historia de las redes Móviles

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Para la estandarización de 4G se definió como organismo IMT-Advanced

Evolución hacia 4G

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Evolución Tecnologías 3GPP

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Cronograma estándares de 3GPP

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Evolución en la Modulación y ancho

de banda del canal

Generación

Telefonía

Celular

1G 2G 3G 4G

Técnica de

acceso

múltiple

FDMA TDMA,

TDMA/FD

MA

CDMA OFDMA

Tipo de

modulación

FM banda

estrecha

GMSK,

PSK

PSK

coherente

Hasta 64

QAM, Uso

de MIMO

para

eficiencia

espectral

Canalización Normal: PMR

16Khz, PMT

24Khz; estrecha

8.5Khz (PMR)

N*25Khz,

200Khz en

GSM

1.5 Mhz 20Mhz-

100Mhz

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Tecn

olo

gía

s p

or

Gen

era

ció

n e

n M

óviles

Cellular network standards

2G

GSM/3GPP family•GSM

•CSD

3GPP2 family•cdmaOne (TIA/EIA/IS-95 and ANSI-J-STD 008)

AMPS family•D-AMPS (IS-54 and IS-136)

Other

•CDPD

•iDEN

•PDC

•PHS

2G transitional (2.5G, 2.75G)

GSM/3GPP family

•HSCSD

•GPRS

•EDGE/EGPRS (UWC-136)

3GPP2 family•CDMA2000 1X (TIA/EIA/IS-2000)

•1X Advanced

Other•WiDEN

3G (IMT-2000)

3GPP family

•UMTS (UTRAN)

•WCDMA-FDD

•WCDMA-TDD

•UTRA-TDD LCR (TD-SCDMA)

3GPP2 familyCDMA2000 1xEV-DO Release 0 (TIA/IS-856)

3G transitional (3.5G, 3.75G, 3.9G)

3GPP family

•HSPA

•HSPA+

•HSDPA

•LTE (E-UTRA)

3GPP2 family

CDMA2000 1xEV-DO Revision A (TIA/EIA/IS-856-A)

•EV-DO Revision B (TIA/EIA/IS-856-B)

•DO Advanced

IEEE family

•Mobile WiMAX (IEEE 802.16e)

•Flash-OFDM

•IEEE 802.20

4G (IMT Advanced)

3GPP family•LTE Advanced (E-UTRA)

IEEE family•WiMAX-Advanced (IEEE 802.16m)

Canalización y anchos de banda en 4G

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Comparativo entre las redes móviles de telecomunicaciones

Generación de telefonía móvil1era generación

(1G)

2da generación

(2G)3era generación (3G)

4ta generación

(4G)

Vida útil 1950’s-1990’s 1990’s-2020 2001 a la fecha Inicio en 2014

Período de vigencia NMT, AMPS…GSM, D-AMPS,

PDC…IMT-2000(UMTS,CDMA2000)

IMT-Advanced

(LTE)

Estandares PropietariosEstandares

cerradosEstandares abiertos

Integracion de

estándares

distintos

Ancho de banda (teórico) AMPS - 30 KHzD-AMPS 30 KHz

y GSM 200 KHz

Inicialmente hasta 2Mbps, .

WCDMA utiliza 5 MHz.

100 Mbps

móvil, 1 Gbps

en estado

estático.

Analógico/Digital

Radio analógico,

red

analógico/digital

Digital Digital Digital

Conmutacion de paquetes

(PS)/Conmutacion de

circuitos (CS)

CS CS CS y PS PS (“Todo IP”)

Radio de la celda 100 km aprox. Kilometros Metros a Kilometros Kilometros

Roaming Nacional InternacionalGlobal (Con misma

tecnologia)

Global

(Distintas

tecnologias)

Servicios Voz

Voz y

datos(SMS,

MMS, internet

banda angosta)

Voz y datos (SMS, MMS,

internet banda ancha)

Multiservicios

IP

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Common

NameFamily Primary Use Radio Tech

Downstream

(Mbit/s)

Upstream

(Mbit/s)

WiMAX rel 2 802.16m WirelessMAN MIMO-SOFDMA

2x2 MIMO

110 (20 MHz TDD)

183 (2x20 MHz FDD)

4x4 MIMO

219 (20 MHz TDD)

365 (2x20 MHz FDD)

2x2 MIMO

70 (20 MHz TDD)

188 (2x20 MHz FDD)

4x4 MIMO

140 (20 MHz TDD)

376 (2x20 MHz FDD)

WiMax rel 1.5 802.16-2009 WirelessMAN MIMO-SOFDMA83 (20 MHz TDD)

141 (2x20 MHz FDD)

46 (20 MHz TDD)

138 (2x20 MHz FDD)

WiMax rel 1 802.16 WirelessMAN MIMO-SOFDMA 37 (10 MHz TDD) 17 (10 MHz TDD)

Wi-Fi802.11

(11n)Mobile Internet OFDM/MIMO

288.8 (using 4x4 configuration in 20 MHz

bandwidth) or 600 (using 4x4 configuration in

40 MHz bandwidth)

UMTS-TDD UMTS/3GSM Mobile Internet CDMA/TDD 16

UMTS W-CDMA

HSPA(HSDPA+HSUPA)UMTS/3GSM General 3G

CDMA/FDD

CDMA/FDD/MIMO

0.384

14.4

0.384

5.76

LTE 3GPP General 4GOFDMA/MIMO/SC-

FDMA

100 Cat3

150 Cat4

300 Cat5

(in 20 MHz FDD)[26]

50 Cat3/4

75 Cat5

(in 20 MHz FDD)[26]

iBurst 802.20 Mobile InternetHC-

SDMA/TDD/MIMO95 36

HSPA+ 3GPP 3G DataCDMA/FDD

MIMO

21

42

84

672

5.8

11.5

22

168

HIPERMAN HIPERMAN Mobile Internet OFDM 56.9

Flash-OFDM Flash-OFDM

Mobile Internet

mobility up to

200 mph (350 km/h)

Flash-OFDM

5.3

10.6

15.9

1.8

3.6

5.4

EV-DO Rel. 0

EV-DO Rev.A

EV-DO Rev.B

CDMA2000 Mobile Internet CDMA/FDD

2.45

3.1

4.9xN

0.15

1.8

1.8xN

EDGE Evolution GSM Mobile Internet TDMA/FDD 1.6 0.5

Está

nd

are

s c

and

idato

s d

e I

MT-A

dvanced p

ara

4G

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GPRS: modulacion PSK

EDGE: modulación adaptativa

8PSK/PSK, Asignac. Varias ranuras.

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Finalmente…NGN

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Backbone Network

Servers

Connectivity

Applications/

Content

Communication

applications &

control

Mobile CATV

AccessAccessAccess

Other IP/Multi-Service

Networks

OtherTelephony Networks

Fixed

Mobile data

Mobility

Mobiletelephony

Telephonyservices

VoIP

Telephony

PMR/SMR

Messaging Positioning

Arquitectura de una red NGN

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Evolucion UMTS

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UMTS Release 99 (1999)

UMTS Release 5 (2005). Introduce:

HSDPA para aumentar las tasas de datos

IMS: IP Multimedia Subsystem (Cambios en la arquitectura de red para

ofrecer mejor experiencia a usuarios multimedia)

IP UTRAN: Mejora la eficiencia en la transferencia de paquetes.

UMTS Release 6 (2006). Introduce:

HSUPA, [HSUPA+HSDPA]= HSPA (14Mbps en DL y 1.5Mbps en UL)

UMTS Release 7 (2007): Evolved HSPA o HSPA+ Introduce:

MIMO, CPC (Continuous Packet Connectivity), HOMs (Higher Order

Modulations)

UMTS Release 8 (2008): Introduce:

OFDMA (EUTRAN- Evolved UTRAN) ó LTE (Long Term Evolution), Nueva

estructura de red de paquetes (SAE- System Architecture Evolution ó EPS-Evolved

Packet System Architecture)

Evolución de UMTS

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Evolución en el canal radio hacia 4G

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Evolución en la eficiencia espectral

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Crecimiento para diferentes tecnologías

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Qué está haciendo la gente con 4G?

El 43 % de sus usuarios están utilizando “menos o ningún

punto de acceso wifi público” desde que se mudaron a la

tecnología 4G. Además, usan menos la conexión de banda

ancha de casa. Un 26 % de estos suscriptores de LTE

pasan más de tres horas al día conectados. Y buena parte

de este tiempo lo dedican al consumo de vídeo. Como

aseguraba hace unos días el CEO de Vodafone UK, Guy

Laurence, parece que “el 4G tiene finalmente una razón y

es el entretenimiento”21 .

Fuente: http://cnmcblog.es/2013/08/27/lte-menos-wifi-y-

mas-video/

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Qué está haciendo la gente con 4G?

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