El sistema gsm

3 El sistema GSM

El sistema GSM es el sistema de telefonía móvil de segunda generación más extendido por todo el mundo. Se trata a su vez del sistema de telefonía móvil de segunda generación europeo; la estandarización del mismo fue llevada a cabo por la ETSI entre 1982 y 1992. Es por ello que ha sido escogido como el sistema de acceso FDD/FDMA/TDMA objeto de estudio en el presente libro. Posteriormente se analizará el sistema IS-95 como único sistema de segunda generación con acceso

FDD/FDMA/CDMA. El análisis de este segundo sistema resulta de utilidad para la posterior introducción de los futuros sistemas de tercera generación, ya que en la práctica los sistemas de tercera generación heredan gran parte de las características del sistema IS-95, al coincidir ambos en la forma de acceso FDD/FDMA/CDMA.

3.1 Arquitectura del sistema GSM

La arquitectura del sistema GSM se compone de cuatro bloques o subsistemas que engloban el conjunto de elementos de la jerarquía del sistema. Cada uno de estos subsistemas desempeña funciones específicas para, en su conjunto, ofrecer el servicio de telefonía móvil al usuario final. Los cuatro subsistemas son:

x La estación móvil (MS)

x El subsistema de estación base (BSS)

x El subsistema de conmutación y de red (NSS)

x El subsistema de operación y mantenimiento (MNS).

La estación móvil comprende todos los elementos utilizados por el abonado del servicio. El subsistema de estación base engloba los elementos que desempeñan las funciones específicas de interconexión radio con la estación móvil. El subsistema de conmutación y de red realiza las operaciones de interconexión con otras redes de telefonía y de gestión de la información del abonado. Finalmente el subsistema de operación y mantenimiento se encarga de supervisar el funcionamiento del resto de bloques.

3.1.1 La estación móvil (MS)

La estación móvil se compone de cuatro elementos. El terminal móvil (MT) es el teléfono móvil. La tarjeta SIM es la tarjeta de abonado que proporciona el operador al usuario cuando se contratan sus servicios. El adaptador de terminal (TA) es el elemento de adaptación para la interconexión del teléfono móvil con un equipo terminal de datos (TE) para la transmisión de datos vía GSM.

Las funciones que realiza el subsistema de estación móvil son básicamente las de acceso a la red GSM

a través del interfaz radio y la disposición de un interfaz de usuario para el establecimiento de las comunicaciones de voz o con un equipo terminal en el caso de establecer comunicaciones de transmisión de datos.

Terminal móvil (MT)

Para que el terminal móvil sea operativo debe incluir una tarjeta SIM, módulo de identidad del abonado; de lo contrario, sólo se pueden realizar llamadas de emergencia al no poder ser tarificadas el resto de llamadas. Según las especificaciones GSM, se definen diferentes tipos de terminal móvil según la máxima potencia de emisión, aunque esta clasificación ha quedado en desuso al ser la inmensa mayoría de teléfonos móviles, teléfonos de bolsillo. Esta interpretación de las especificaciones cobraba sentido cuando existían teléfonos portátiles, teléfonos para equipamiento de vehículos, etc.

Módulo de identidad del abonado (SIM)

La tarjeta SIM es una tarjeta inteligente que contiene diferentes tipos de información. Información permanente relativa al abonado del servicio, información temporal de utilidad para el funcionamiento del servicio, así como información introducida por el propio abonado. Existen dos clases de tarjeta

SIM según el tamaño: SIM del tamaño de una tarjeta de crédito y las SIM llamadas plug-in SIM de 25

mm x 15 mm para teléfonos de menor tamaño. Las SIM del tamaño de una tarjeta de crédito han quedado prácticamente en desuso. La tarjeta SIM se aloja en una ranura interna del terminal móvil donde reside el lector de tarjetas SIM.

El poder extraer libremente la tarjeta SIM del terminal móvil ofrece al abonado la posibilidad de cambiar de terminal móvil de forma transparente para el operador, las características del terminal móvil son comunicadas al sistema cuando éste es encendido como parte del diálogo inicial con la red.

La tarjeta SIM contiene entre otras informaciones dos números de seguridad para evitar usos indebidos, el PIN (Personal Identity Number) y el PUK (Personal Unblocking Key). Antes de que el terminal móvil pueda ser utilizado, el usuario debe introducir su número de identificación personal (PIN), que consta de cuatro dígitos y se almacena en la tarjeta. Si se introduce el PIN erróneamente tres veces seguidas, la tarjeta se bloquea y no puede ser utilizada hasta desbloquearla. Para ello se debe introducir una clave de desbloqueo personal (PUK) que consta de ocho dígitos.

El adaptador de terminal (TA)

El adaptador de terminal es el elemento que permite la conexión del terminal móvil con un equipo terminal de datos. En la actualidad el equipo adaptador de terminal para la mayoría de teléfonos móviles está incorporado en el propio teléfono, de forma que la conexión con el equipo terminal de datos se realiza a través del puerto serie o del puerto de infrarrojos. El equipo terminal de datos debe configurarse con el software de diálogo con el adaptador de terminal, el denominado driver de interconexión con el teléfono móvil.

3.1.2 Subsistema de estación base (BSS)

El subsistema de estación base (BSS) agrupa la infraestructura específica de los aspectos radio para el sistema GSM. Este subsistema se compone de estaciones base (BTS) conectadas a una estación controladora de BTSs, la denominada BSC.

El subsistema BSS se ubica dentro de la arquitectura GSM entre el interfaz radio Um de interconexión con los terminales móviles y el interfaz A de interconexión con el conmutador de red (MSC).  La unidad BTS es la parte del subsistema BSS que dispone de los dispositivos para la transmisión y recepción radio, incluyendo las antenas. Realiza las tareas de conformación de la señal a transmitir vía radio y de recuperación de la señal radio en recepción, además de realizar el procesado digital de la señal, codificación de canal, entrelazado, etc. Normalmente se ubica en el centro geográfico de la celda y la potencia máxima emitida determina el tamaño absoluto de la celda. Una estación base dispone entre uno y doce transceptores (TRX), donde cada uno de ellos opera sobre una de las frecuencias GSM asignadas al operador.

La unidad BSC se encarga de administrar los recursos radio mediante el comando remoto de las BTS. Su función consiste básicamente en la asignación y liberación de los canales radio, así como en la gestión del traspaso de llamada cuando éste se produce entre estaciones base dependientes de la misma BSC. También se encarga del cifrado de la comunicación y de la ejecución de los algoritmos de transmisión discontinua, mediante la detección de los períodos de actividad y silencio en las comunicaciones.

La unidad BSC está conectada por un lado con varias BTS, controlando los recursos de todas ellas, y por otro con un elemento de conmutación MSC (Mobile Switching Center) para el encaminamiento de las llamadas hacia la red. La unidad BSC es el elemento supervisor del mantenimiento de las comunicaciones. Así, terminal móvil y BTS informan periódicamente a la BSC de la potencia de señal recibida sobre la comunicación. Del mismo modo, el terminal móvil informa de la potencia recibida de las estaciones base adyacentes, de forma que la unidad BSC decide el momento de ejecutar un traspaso de llamada en función de unos criterios preestablecidos.

La unidad TRAU (Transcoder / Rate Adapter Unit), que no aparece en la figura 3.3 al ser un elemento integrado en el elemento BSC o MSC, lleva a cabo la adaptación entre la tasa de transmisión del terminal móvil (16 Kbps) y la tasa de transmisión de la señal de voz codificada (64 kbps) para su transporte por redes telefónicas de conmutación digital convencionales. El TRAU se puede ubicar indistintamente en los elementos BTS, BSC o MSC.

3.1.3 Subsistema de red y conmutación (NSS)

El subsistema NSS (Network Switching System) realiza las funciones de conmutación y encaminamiento de las llamadas en el sistema GSM, además de la gestión de las bases de datos con la información relativa a todos los abonados al servicio. El NSS se encarga de establecer la comunicación entre usuarios móviles mediante la conmutación interna de red de un operador o entre usuarios del sistema GSM y usuarios de otras redes de telefonía, ya sea de telefonía fija o de telefonía móvil de otros operadores.

Dentro del subsistema NSS las funciones de conmutación las realizan las centrales de conmutación (MSC y GMSC). La unidad MSC es el elemento de conmutación interno de una red GSM mientras que la unidad GMSC (Gateway Mobile Switching Center) es el elemento de interconexión con otras redes. La gestión de las bases de datos la realizan el registro central de abonados (HLR) y el registro de posiciones visitante (VLR). Otros elementos del subsistema NSS que aparecen en la figura 3.5 se comentan más adelante.

El interfaz con redes externas se realiza a través del elemento de conmutación GMSC (Gateway MSC), el cual dispone de funciones de adaptación para la interconexión con otras redes, de este modo el GMSC permite la interconexión con redes como:

x PSPDN (Packet-Switched Public Data Networks)

x CSPDN (Circuit-Switched Public Data Networks)

x PSTN (Public Switching Telephone Network)

x ISDN (Integrated Service Digital Network)

El subsistema NSS utiliza como protocolo de transporte de señalización el Signalling System nº 7 (SS7). Este protocolo es utilizado también para el transporte de señalización por otras redes de comunicación que no son GSM como las citadas aquí, de este modo se simplifica la interconexión con éstas.

Cuando se desea establecer una llamada desde un terminal fijo hacia un usuario GSM, esta llamada se  dirige en primer lugar a un conmutador gateway (GMSC) sin tener ningún conocimiento de la ubicación del abonado. El GMSC se encarga de buscar la información de localización y de dirigir la llamada hasta el MSC que está dando servicio al terminal móvil; para ello se interroga al HLR que guarda la información relativa a ese terminal móvil. Una vez establecido el camino hasta el MSC de destino, se accede al VLR que controla al abonado para iniciar la búsqueda del móvil entre el conjunto de celdas que conforman un área de localización. Finalmente, la llamada se encamina hacia el abonado de destino a través de la BSC y la BTS concretas que están dando servicio al terminal móvil.

Gestión de los datos de usuario

La unidad HLR (Home Location Register) es el registro central de abonados. Se trata de una base de datos que contiene toda la información relativa a los abonados de un operador GSM. Inicialmente sólo existía un elemento HLR que daba servicio a todo el sistema, pero en la actualidad la mayoría de operadores cuentan con un elevado número de abonados, lo que ha obligado a la utilización de más de un elemento HLR repartidos estratégicamente por la geografía del territorio donde se ofrece el servicio.

El HLR almacena dos tipos de datos: permanentes y temporales. Entre los datos permanentes se tienen diferentes identificadores del terminal móvil, así como el perfil del servicio contratado por el abonado. Entre los datos temporales se tienen los relativos a la localización del móvil, los registros de tarificación, identificadores temporales, llaves de autenticación y cifrado, etc.

El VLR es el registro de posiciones visitante y contiene información temporal de los móviles que están localizados en un área geográfica concreta. La información del VLR es una repetición sesgada de la información de un abonado contenida en el HLR complementada con información temporal relativa a la ubicación en ese momento del terminal móvil.

3.1.4 Subsistema de operación y mantenimiento (OSS)

Las acciones de operación y mantenimiento se llevan a cabo con el fin de conseguir el buen funcionamiento del sistema GSM en su conjunto, ya sea solucionando los problemas y fallos que aparezcan o monitorizando y mejorando la configuración de los equipos para un mayor rendimiento.

La gestión y mantenimiento se puede realizar de forma local o remota. Para redes de tamaño considerable, debido a la complejidad de los sistemas de telecomunicación, la gestión remota se convierte en una necesidad.

x Mediador operador-equipo: Los equipos se denominan OMC (Operation and Maintenance Centers). Incluye el interfaz hombre-equipo para el control de los equipos que controlan el tráfico.

x Control de la subscripción: Tiene dos facetas: el control de los datos del abonado y la tarificación. Las especificaciones prácticamente no tratan ninguna de las dos.

x Operación y mantenimiento: Además de realizar las funciones correspondientes sobre la red, también incluye el control de las estaciones móviles.

El Network Management Center (NMC) es responsable de la gestión de toda la red como un conjunto. Recibe la información de los equipos que forman la red a través de los OMC. Como tiene información de toda la red, será el centro encargado de los aspectos que requieran coordinación nacional. También gestiona los aspectos relacionados con la interconexión con otras redes. También es posible controlar las redes regionales desde el NMC por acceso remoto, reduciendo de este modo el coste total de supervisión y mantenimiento de la red. Las funciones más relevantes llevadas a cabo por el NMC son:

x Proporcionar la operación integrada de toda la red al tener información de la misma como

conjunto.

x Monitorizar las alarmas de alto nivel de la red.

x Presentar el estado de todas las redes regionales.

x Proporcionar una gestión del tráfico en toda la extensión de la red.

x Monitorizar el estado de los controles automáticos aplicados a los equipos de la red como

respuesta a una condición de sobrecarga.

x Puede tomar responsabilidades regionales.

x Ayudar a la planificación del conjunto de la red.

3.1.5 Interfaces del sistema GSM

En puntos anteriores se han descrito los subsistemas que constituyen la arquitectura GSM. Ahora se trata de describir los interfaces de interconexión entre subsistemas, así como los interfaces de conexión entre los elementos funcionales que conforman cada subsistema. Para el sistema GSM se definen diferentes interfaces dentro de su arquitectura jerárquica, véase la figura 3.7.

Los interfaces de interconexión de los diferentes elementos definen los protocolos de comunicación con los mensajes que se intercambian dichos elementos. En definitiva, la disposición de elementos de la arquitectura GSM y el diálogo entre ellos persigue el único fin de gestionar unos recursos radio escasos para poder establecer las comunicaciones móviles entre los abonados solicitantes. En este sentido, parte de los elementos de la arquitectura crean físicamente las conexiones entre los extremos comunicantes, el resto de elementos generan el tráfico de señalización que da soporte al sistema.

Los interfaces de tráfico y señalización más relevantes son: Um, Abis y A. A través de estos interfaces se crean las conexiones de usuario hasta alcanzar el conmutador MSC. La interconexión del MSC con otro conmutador de otras redes telefónicas se realiza mediante un interfaz estándar entre conmutadores. El resto de interfaces B, C, D, E, F y G son únicamente de señalización, para dar soporte al intercambio de mensajes entre unidades funcionales de la arquitectura GSM.

El sistema de señalización en GSM podría haberse diseñado como un sistema propio para redes GSM respetando la señalización entre redes telefónicas en la interconexión de los conmutadores MSC con otras redes. Sin embargo, no ha sido así, y en la medida de lo posible se ha utilizado el sistema de señalización Nº7, SS7, del ITU-T (International Telecommunications Union) para redes telefónicas.

Para ello, se emplea la parte de aplicación móvil MAP (Mobile Application Part) recogida en el SS7 y que define el diálogo de mensajes entre las distintas entidades funcionales GSM. Como complemento a la señalización SS7, el sistema GSM define una señalización específica para los interfaces A, Abis y Um, donde se abordan los aspectos concretos de gestión de los recursos radio. Las capas de la señalización SS7 por debajo del nivel de aplicación y que hacen referencia a la transferencia fiable de la propia señalización son comunes al resto de sistemas de telecomunicación. A modo de ejemplo se resumen a continuación las capas más características de la señalización SS7 que intervienen en un sistema GSM, véase la figura 3.8:

x Message Transfer Part (MTP): Se encarga de proporcionar transferencia y entrega fiable de

la información de señalización a través de la red de señalización, así como de mantener las

conexiones en presencia de fallos.

 x Signalling Connection Control Part (SCCP): Mejora el servicio de MTP para proporcionar el equivalente funcional completo de la capa OSI de red. Permite direccionar varios usuarios en un nodo.

x Integrated Services Digital Network User Part (ISDN-UP): Proporciona las funciones de

señalización necesarias para establecer circuitos de voz para llamadas ISDN básicas y

proporcionar servicios suplementarios.

x Transaction Capabilities Application Part (TCAP): Se utiliza en aplicaciones de señalización directa como preguntas y respuestas a bases de datos.

x Mobile Application Part (MAP): Define los mensajes de señalización a nivel de aplicación

móvil para el sistema GSM.

La capa MAP del sistema SS7 para GSM

Los procedimientos que generan mensajes SS7 MAP son los relativos al establecimiento de las comunicaciones, las actualizaciones de posición y los traspasos de llamada entre MSC.

x Mobile Origination Call: El móvil genera una llamada

x Mobile Termination Call: El móvil recibe una llamada

x Location Update: New VLR

x Location Update: Same VLR

x Inter-MSC Handover

Las actualizaciones de posición se utilizan para almacenar información relativa a la ubicación de un terminal móvil. Al producirse una de estas actualizaciones se puede hacer sobre la misma base de datos visitante, VLR, de la actualización anterior o sobre una nueva.

3.2 El interfaz radio en GSM

El interfaz Um es el interfaz de interconexión entre los terminales móviles y la red GSM. Se trata del interfaz radio que define la disposición de los canales lógicos de funcionamiento del sistema GSM sobre los canales físicos o radiofrecuencias utilizadas, [MOUL92], [REDL95].

El sistema GSM es un sistema FDD/FDMA/TDMA con duplexado de las comunicaciones en frecuencia. Las bandas de operación del sistema GSM son dos, la banda de 900 MHz y la banda de 1800 MHz. Véase figura 3.9. El sistema GSM de operación en la banda de 1800 MHz se denomina DCS-1800, y su comportamiento es idéntico al sistema GSM-900. El ancho de banda ocupado por el sistema GSM-900 es de 50 MHz, 25 MHz para el canal de subida, de terminal móvil a estación base y 25 MHz para el canal de bajada, en sentido opuesto. Para el sistema DCS-1800 el ancho de banda es de 150 MHz, con 75 MHz para cada sentido.

Los 25 MHz de ancho de banda del sistema GSM-900 para cada sentido de la comunicación se subdividen en 124 canales de 200 KHz de ancho de banda cada uno. Los dos canales de los extremos no se utilizan porque cada uno de los 124 canales ocupa en la práctica 270 KHz por el tipo de modulación utilizada, esto da lugar al efecto de aliassing. El aliassing provocado por los canales en los extremos se produciría fuera de la banda asignada.

3.2.1 Canales lógicos en GSM

Los canales radio asignados a cada estación base se subdividen entre canales de tráfico y canales de control. Los canales de tráfico son los utilizados para el transporte de las comunicaciones de los usuarios, mientras que los canales de control son empleados para gestionar el funcionamiento del sistema GSM.

Como se ha comentado con anterioridad, el sistema GSM es un sistema con duplexado en frecuencia de forma que un canal de tráfico en el enlace descendente de la comunicación tiene su simétrico en el enlace ascendente para el otro sentido de la comunicación. Para los canales de control el enlace descendente es utilizado para transmitir información de utilidad al conjunto de los terminales móviles, es por ello que en ocasiones se les denomina canales de control comunes. El enlace ascendente es utilizado por los terminales móviles para acceder a la red. Los canales de control del enlace descendente son: FCCH, SCH, BCCH y PAGCH. El canal de control del enlace ascendente es el RACH.

Canales lógicos de control

El FCCH (Frequency Correction Channel) es el canal donde se transmite la señal portadora sin modular. Es utilizado por los terminales móviles en recepción para la sincronización en frecuencia.

El SCH (Synchronization Channel) es el canal donde se transmiten los contadores de tramas a diferente nivel al objeto de que el terminal móvil conozca la secuencia temporal de emisión de información del BCCH y PAGCH. Es utilizado por el terminal móvil en recepción para la sincronización de trama y así conocer el tipo de información transmitida en cada time slot. También se emite el código BSIC (Base Station Identity Code) de identificación de la estación base para su distinción sobre otras estaciones base que estén transmitiendo los canales de control sobre la misma frecuencia guía. Además es el identificador de la secuencia de ecualización que debe utilizar el terminal móvil en recepción.

El BCCH (BroadCast Control Channel) es el canal sobre el que se emite información de difusión para todos los móviles; se trata de información diversa de identificación de la celda, del área de localización, de parámetros de reselección de celda, de identificación de sus celdas vecinas, etc.

El PAGCH (Paging and Access Granted Channel) son dos canales de control en uno. El canal de Paging o búsqueda es utilizado para enviar los mensajes de búsqueda hacia móviles que pretenden ser localizados por la red para conocer exactamente en qué celda se encuentran. El canal de Access Granted o acceso reconocido es utilizado para dar respuesta a una petición de acceso previamente realizada por un terminal móvil a través del canal común RACH, indicándole el canal de señalización asignado para que el terminal móvil continúe el diálogo con la red.

El RACH (Random Access Channel) es el canal de acceso común de los terminales móviles hacia la red para realizar una petición de un canal dedicado a uso exclusivo para el terminal móvil. Los canales lógicos de control siempre se disponen sobre el time slot 0 de una de las frecuencias asignadas a la estación base; esta frecuencia se denomina frecuencia guía de la estación base. La disposición de los canales lógicos de control sobre el slot 0 varía entre diferentes configuraciones posibles. Una posible disposición es la mostrada en la figura 3.12.

Canales lógicos de tráfico

Los canales de tráfico son utilizados para la transmisión de información y señalización de usuario, éstos son: TCH/F, TCH/H, SACCH, FACCH y SDCCH. A diferencia de los canales de control, pueden ocupar cualquier time slot y son bidireccionales, ya que se utilizan en ambos sentidos de la comunicación para el mismo propósito.

El TCH/F (Traffic Channel Full Rate) es el canal bidireccional utilizado para la transmisión de información de usuario y ocupa un time slot por cada trama. Las velocidades de transmisión de datos que se pueden alcanzar en este canal dependiendo de la codificación utilizada son:

x 9,6 Kbps

x 4,8 Kbps

x menor o igual a 2,4 Kbps

El TCH/H (Traffic Channel Half Rate) es el canal bidireccional utilizado para la transmisión de información de usuario a la mitad de velocidad que el TCH/F, ya que ocupa un time slot por cada dos tramas. Las velocidades de transmisión de datos que se pueden obtener con este canal son:

x 4,8 kbps

x menor o igual a 2,4 kbps

El SACCH (Slow Associated Control Channel) es el canal de señalización lento asociado al canal de tráfico (tanto al TCH/F como al TCH/H). En este canal se transmite información de señalización asociada a la comunicación. Las tramas de este canal se intercalan con las tramas del canal de tráfico al que están asociadas.

El FACCH (Fast Associated Control Channel) es el canal de señalización rápido asociado al canal de tráfico (tanto al TCH/F como al TCH/H). En este canal se transmite información de señalización que debe ser transmitida inmediatamente y no puede esperar a que llegue el SACCH correspondiente; por ejemplo, la información para la gestión de un traspaso. Para transmitir dicha información se elimina la información de tráfico y se utiliza la trama para transmitir la información de señalización.

El SDCCH (Stand alone Dedicated Control Channel) es el canal de señalización para la transmisión de información para:

x Encendido/apagado del móvil

x Establecimiento de llamada

x Envío/recepción de mensajes cortos

x Actualización de posición, etc.

3.2.2 Formatos de ráfaga en GSM

La ráfaga es la unidad de transmisión en las comunicaciones GSM. La emisión de una ráfaga se hace dentro del espacio temporal correspondiente a un slot temporal. Se definen varios tipos de ráfagas dependiendo de su duración; por ejemplo, la ráfaga normal y la ráfaga de acceso. El conjunto de bits que conforman una ráfaga se compone de varios campos: los bits de información útil, una secuencia de entrenamiento y los bits de cola (tail), todos ceros, que se añaden al principio y final de la ráfaga para evitar la pérdida de eficiencia en la demodulación de los bits útiles de los extremos.

La secuencia de entrenamiento es una secuencia de bits conocida por emisor y receptor. GSM define ocho secuencias de entrenamiento. La señal que resulta de la transmisión de esta secuencia de entrenamiento permite al receptor hacer una estimación del canal de transmisión y realizar la ecualización de canal.

Los formatos de ráfaga definidos son:

x Ráfaga de acceso: Se utiliza en el enlace ascendente en las primeras fases de una

comunicación, cuando no es conocido el retardo de propagación entre emisor y receptor

y por ello es una ráfaga corta. Esta ráfaga es la que se utiliza en el canal RACH.

x Ráfagas S y F: Se utilizan, respectivamente, en los canales SCH y FCCH. Se utilizan

para que el móvil se sincronice con la estación base que está escuchando.

x Ráfaga normal: Es una ráfaga larga y se utiliza en el resto de casos.

Ráfaga normal

La ráfaga normal contiene dos paquetes de 58 bits de información, uno a cada lado de la secuencia de entrenamiento de 26 bits. Además, se añaden 3 bits de cola en cada uno de los extremos de la ráfaga.

La secuencia de entrenamiento se introduce en el centro de la ráfaga para minimizar la distancia entre ella y los bits de información más alejados. La única contrapartida que tiene esta ubicación es la necesidad de memorizar la primera porción de información de la ráfaga en el receptor para su posterior ecualización.

GSM ha definido ocho secuencias de entrenamiento diferentes para distinguir la señal procedente de la comunicación en curso de las señales interferentes que se puedan recibir. Con este propósito, las secuencias de entrenamiento se han diseñado bajo criterios que minimizan la correlación entre ellas.

Ráfaga de acceso

Como se ha comentado previamente, la ráfaga de acceso es la única ráfaga corta que se ha definido en GSM. Contiene una secuencia de entrenamiento de 41 bits, 36 bits de información y 7 y 3 bits de cola que se sitúan al principio y final de la ráfaga, respectivamente. La secuencia de entrenamiento es mayor que en el caso anterior para incrementar la probabilidad de demodulación correcta. En este caso sólo se ha definido una secuencia de entrenamiento debido a la baja probabilidad de interferencia.

Ráfaga S

Esta ráfaga se utiliza en el enlace descendente para el canal SCH y contiene una secuencia de entrenamiento de 64 bits, dos bloques de 39 bits de información y dos bloques de cola de 3 bits cada uno al principio y final de la ráfaga.

Ráfaga F

Es la más sencilla de todas ellas, ya que consta de 148 bits, todos ellos ceros. Los 148 bits junto con la modulación utilizada en GSM convierten la ráfaga F en la emisión de una señal senoidal pura. Esto permite a los terminales móviles sintonizar de forma sencilla la frecuencia guía utilizada por cada estación base que tiene a su alrededor.

3.2.3 Codificación de canal y entrelazado en GSM

La aplicación de la codificación de canal representa una gran mejora para las comunicaciones digitales en comparación con las comunicaciones analógicas. La introducción de redundancia en emisión permite al decodificador de canal recuperar en recepción la información transmitida mediante la corrección de algunos errores que se hayan producido durante la transmisión.

La capacidad correctora del decodificador depende de la cantidad de redundancia introducida por el codificador en origen, así como de la complejidad de codificación utilizada. Todo ello repercute directamente en la dificultad de implementación del correspondiente decodificador. Para que el funcionamiento de la codificación/decodificación de canal sea óptimo es necesario que los posibles errores que haya introducido el canal sean aleatorios. Para que esto sea así, el canal no debe tener memoria. Esto no es así en comunicaciones móviles debido a los desvanecimientos que afectan a la señal. Los errores se producen a ráfagas, por tanto se trata de un canal con memoria. El elemento de entrelazado/desentrelazado, a través de sus diferentes modalidades, en bloque, convolucional, etc., pretende eliminar la memoria del canal, con objeto de que símbolos de fuente consecutivos estén sujetos a diferente atenuación. El entrelazado pretende destruir las ráfagas de error con el fin de que el decodificador de canal funcione correctamente. El mecanismo de entrelazado realiza una reordenación de la información a transmitir, si el canal introduce una ráfaga de errores; cuando el receptor realiza la ordenación inversa, separa los errores y así consigue transformar una ráfaga de errores en el mismo número de errores distribuidos aleatoriamente. El entrelazado añade un retardo que debe estar acotado con el fin de asegurar la calidad de las comunicaciones en tiempo real.

Los esquemas de entrelazado y codificación de canal en GSM son diferentes para cada uno de los modos de transmisión. Véase la tabla 3.1. En la tabla 3.1 aparecen los modos de transmisión para los canales de control comunes y los servicios de transmisión de datos a diferentes velocidades. Para los servicios de transmisión de datos figura la velocidad de transmisión de información: 9.6, 4.8 y 2.4 Kbps junto con la velocidad de transferencia añadiendo el overhead del protocolo RLP (Radio Link Protocol): 11.2, 6 y 3.6 Kbps. Los bloques de datos a la entrada del codificador convolucional, añadiendo previamente los bits correspondientes de paridad o relleno, si es el caso, y aplicando posteriormente la codificación marcada dan lugar a los bloques de datos de salida. Finalmente estos bloques de datos de salida son entrelazados según dicta la tabla 3.1.

La transmisión de la señal de voz codificada no se incluye en la tabla 3.1 porque su codificación de canal y entrelazado es un tanto especial. El codificador de voz en GSM opera con una tasa de 13 kbps. Cada 20 ms se obtiene un segmento de voz codificada de 260 bits. Estos 260 bits se reparten en tres grupos: Ia de 50 bits, Ib de 132 bits y II de 78 bits; la protección de cada uno de estos tres grupos es diferente, según:

x Grupo Ia: 50 bits + 3 bits paridad + 4 bits relleno + convolución ½ = 114 bits

x Grupo Ib: 132 bits + convolución ½ = 264 bits

x Grupo II: 78 bits sin protección

En total son 456 bits a transmitir en 4 slots, esto es, 114 bits por slot, que corresponde con los dos campos de información de 57 bits de una ráfaga normal para su transmisión sobre un canal TCH/F. En la práctica, debido al entrelazado, la emisión no se hace en 4 slots. El entrelazado de la señal de voz codificada se hace sobre 8 grupos de 57 bits hasta completar los 456 bits del siguiente modo:

0 8 ……………. 448 emisión en los bits pares del slot N

1 9 ……………. 449 emisión en los bits pares del slot N+1

2 10 ……………. 450 emisión en los bits pares del slot N+2

3 11 ……………. 451 emisión en los bits pares del slot N+3

4 12 ……………. 452 emisión en los bits impares del slot N+4

5 13 ……………. 453 emisión en los bits impares del slot N+5

6 14 ……………. 454 emisión en los bits impares del slot N+6

7 15 ……………. 455 emisión en los bits impares del slot N+7

De forma que cada slot transmite bits correspondientes a 2 bloques de voz y la transmisión de un bloque de voz se realiza en 8 slots consecutivos. Se trata de una combinación de entrelazado en bloque y diagonal.