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En este artículo nuestro objetivo por tanto va a ser tratar de clarificar los fundamentos de GSM, vamos a meternos entre bambalinas para ver como es posible que algo en principio tan abstracto para nosotros como son las señales, las frecuencias, la itinerancia y conceptos similares se unen para hacer que a nuestros pequeños dispositivos móviles llegue algo tan importante como es información en un determinado formato. Como objetivo final espero que al acabar el artículo seáis capaces de describir los elementos claves que forman parte de GSM y tener una idea clara de la relación existente entre todos sus componentes ya que de este modo estaremos en una posición privilegiada para comprender una tecnología que es mucho más que eso ya que ha cambiado nuestra forma de ver las cosas, nuestra vida y nuestro mundo ya no es igual que hace unos años cuando los móviles eran privilegio de unos pocos, han desaparecido las barreras físicas y nuevos servicios se han creado haciendo que ¿todos? (no entraremos de momento en polémicas) podamos acceder a un nuevo mundo de posibilidades, de hecho muchos desarrollos futuros le deben mucho a GSM.

GSM es un sistema de comunicación basado en el uso de células digitales que se desarrollo para crear un sistema para móviles único que sirviese de estándar para Europa y que fuese compatible con los servicios existentes y futuros sobre ISDN (Integrated Services Digital Network) o RDSI (Red Digital de Servicios Integrados). Si hacemos un poco de historia la idea de comunicaciones basadas en células aparece en los laboratorios Bell en los Estados Unidos allá por el año 1970 apareciendo los primeros sistemas comerciales a principios de los 80. La situación que se vivía en estos primeros años de la década de los 80 era curiosa ya que los sistemas existentes hasta ese momento eran sistemas analógicos (la primera generación como se la conoce en la que los sistemas predominantes eran el NMT-450 y NMT-900 y en EEUU el sistema AMPS que se adapto a Europa como sistema TACS) que habían tenido mucho éxito en los países nórdicos y en el Reino Unido sin embargo la nueva tecnología digital basada en células presentaba un panorama un tanto desolador ya que cada país había desarrollado su propio sistema lo que implicaba algunos problemas muy importantes y que ya podéis imaginaros; por un lado tenemos que la operatividad del terminal acababa donde acababa los límites de cada país y por otro lado el mercado para cada tipo de terminal era muy limitado y estaba restringido al país en donde el dispositivo fuese a ser utilizado.

Para solucionar estos problemas en el año 1982 el CEPT o Conference of European Posts and Telecommunications creo el denominado Groupe Spécial Mobile o GSM para desarrollar un sistema basado en células de radio y que sirviesen para todos los países europeos, en el cuadro 1 teneis los objetivos que se perseguían en este grupo. En el año 1989 todas las responsabilidades que había tenido hasta ahora el CEPT se traspasan al European Telecommunications Standards Institute o ETSI ( http://www.etsi.org), que va a ser el encargado de regular desde este momento todos los aspectos de las comunicaciones a través de GSM, los primeros sistemas comerciales basados en este nueva red aparece en el año 1991, en la cuadro 2 teneís para todos aquellos que os gusta la historia el orden cronológico exacto de los acontecimientos que derivaron en el GSM que todos conocemos actualmente.

Año - Suceso
1982 -El CEPT crea el grupo GSM
1985 -Primera recomendaciones del grupo GSM
1986 -Primeras pruebas de radio sobre GSM
1987 -Se elige el sistema TDMA como ténica de acceso al medio
1988 -Se valida el sistema GSM
1989 -Se traspasa GSM del CEPT al ETSI
1989 -Primeras especificaciones sobre GSM para desarrollar productos comerciales
1990 -Lanzamiento de GSM a nivel comercial
1991 -Inclusión de GSM en ciudades y aeropuertos
1993 -Covertura de GSM en autopista e inicio de su uso fuera de Europa
1995 -Covertura de areas rurales
Cuadro 2. Cronología GSM

Hoy en dia GSM es un estandar que no es utilizado solamente en Europa ya que actualmente es usado en casi cien paises en todo el mundo y el número de usuarios que hacen uso de él se ha venido duplicando de año en año. De igual modo el número de servicios que se han ido desarrollando sobre GSM han ido evolucionando con el paso del tiempo, los servicios que se van incorporando a GSM se llevan a cabo por el Memorandum of Understanding (MoU) que viene a ser como un subgrupo encargado de estos temas, el MoU ha definido tres tipos de categorias de servicios que pueden ofrecerse sobre una red GSM.
Las tres categorias de servicios sobre GSM son: teleservicios que englobaría a los servicios básicos de telefonia; los servicios portadores que son los usados para la transmisión y recepción de datos; y los servicios complementarios generalmente extensiones de los teleservicios y que proporcionan nuevas características a la red GSM. En la siguiente tabla podeis ver algunos ejemplos característicos de cada grupo:

Teleservicios	Telefonia	Llamadas de emergencia	Short Messaging Services (SMS)	Servicios de Fax y Voz
Servicios Portadores	Transmision sincrona y asincrona de datos
Servicios Complementarios	Llamada en espera	Llamadas múltiple	Identificación de llamada

2.- DESCRIPCION DE LOS SISTEMAS CELULARES

Hemos dicho que GSM es un sistema basado en células de radio, vamos a ver que significa esto asi como las diferentes organizaciones que surgen de una idea en principio muy simple.

Los sistemas celulares se basan en la división del área de cobertura de un operador en lo que se denomina células (cells), estas células se caracterizan por su tamaño que viene determinado por la potencia del transmisor pero de un modo muy particular ya que lo que se persigue siempre en los sistemas celulares es que la potencia de transmisión sea lo más baja posible a fin de poder reutilizar el mayor número de frecuencias. El porque de tener el mayor número de frecuencias disponibles tiene que ver con que a mayor número de frecuencias libres mayor es el número de usuarios que pueden hacer uso del sistema ya que cada uno puede usar una frecuencia sin interferir en la de otro usuario (realmente no se utiliza una frecuencia por usuario pero la idea general es esta). De este modo todas las bandas de frecuencias se distribuyen sobre las células a lo largo del área de cobertura del operador de manera que todos los canales de radio se encuentran disponibles para ser usados en cada grupo de células (clusters) lo cual no sucedería si se produjese una emisión de la señal con una potencia superior ya que se podria interferir en otras células adyacentes interfiriendo en las frecuencias disponibles. Como podeis imaginar la distancia que debe existir entre dos células debe ser los suficientemente grande como para que no se produzca interferencia entre ellas, hay que decir también que hay determinados canales que se reservan para labores de señalización y control de toda la red.

Todo lo explicado anteriormente se resume en dos condiciones que las células deben de verificar para que este sistema funcione:

Las células se unen las unas a las otras mediante cable (lo más normal) o bien mediante radio enlaces asi como con la red telefonica fija.

Una vez que tenemos claro el concepto de célula el siguiente nivel de organización que existe en GSM es el de cluster, que no es más que un conjunto de celulas agrupadas entre si, estos clusteres suelen agrupar conjuntos de 4, 7, 12 o 21 celulas distintas que se distribuyen por todo el área de cobertura del operador

2.1.- TIPOS DE CELULAS

En GSM se distinguen cuatro tipos diferentes de células, son las siguientes:
- Macrocelulas (Macrocells): Son celulas de gran tamaño utilizadas en áreas de terreno muy grandes y donde la distancia entre areas pobladas es muy distantes entre si.
- Microcelulas (Microcells): Se utilizan por el contrario en areas donde hay una gran densidad de población, el objetivo al hacer esto es el que comentabamos antes cuando describiamos que era una célula, a mayor número de células mayor número de canales disponibles que pueden ser utilizados por más usuarios simultaneamente.
- Celulas selectivas (Selectived Cells): En muchas ocasiones no interesa que una celula tenga una cobertura de 360 grados sino que interesa que tenga un alcance y un radio de acción determinado, en este caso es donde aparecen las celulas selectivas, el caso más típico de celulas de este tipo son aquellas que se disponen en las entradas de los túneles en los cuales no tiene sentido que la celula tenga un radio de acción total (360 grados) sino un radio de acción que vaya a lo largo del tunel.
-Celulas Sombrilla (Umbrella Cells): Este tipo de células se utilizan en aquellos casos en los que tenemos un elevado número de células de tamaño pequeño y continuamente se estan produciendo cambios (handovers) del terminal de una celula a otra (más adelante veremos que es el handover más detalladamente) para evitar que suceda esto lo que hacemos es agrupar conjuntos de microcelulas de modo que aumentamos la potencia de la nueva célula formada y podemos reducir el número de handovers que se producen.

Todas las redes GSM se pueden dividir en cuatro partes fundamentales y bien diferenciadas:
1.- La Estación Movil o Mobile Station (MS): Consta a su vez de dos elementos básicos que debemos conocer, por un lado el terminal o equipo móvil y por otro lado el SIM o Subscriber Identity Module. Con respecto a los terminales poco tenemos que decir ya que los hay para todos los gustos, lo que si tenemos que comentar es que la diferencia entre unos y otros radica fundamentalmente en la potencia que tienen que va desde los 20 watios (generalmente instalados en vehiculos) hasta los 2 watios de nuestros terminales.

El SIM es una pequeña tarjeta inteligente que sirve para identificar las características de nuestro terminal. Esta tarjeta como todos sabeís se inserta en el interior del móvil y permite al usuario acceder a todos los servicios que haya disponibles por su operador, como podeis ver sin la tarjeta SIM el terminal no nos sirve de nada por que no podemos hacer uso de la red. Como también todos sabeís, el SIM esta protegido por un número de cuatro dígitos que recibe el nombre de PIN o Personal Identification Number (bueno ya sabemos por que se nos pide dicho número). La mayor ventaja de las tarjetas SIM es que proporcionan movilidad al usuario ya que puede cambiar de terminal y llevarse consigo el SIM aunque todos sabemos que esto en la práctica en muchas ocasiones no resulta tan sencillo. Una vez que se introduce el PIN en el terminal, el terminal va a ponerse a buscar redes GSM que esten disponibles y va a tratar de validarse en ellas, una vez que la red (generalmente la que tenemos contratada) ha validado nuestro terminal el telefono queda registrado en la célula que lo ha validado.

2.- La Estación Base o Base Station Subsystem (BSS): Sirve para conectar a las estaciones moviles con los NSS, además de ser los encargados de la transmisión y recepción. Como los MS también constan de dos elementos diferenciados: La Base Transceiver Station (BTS) o Base Station y la Base Station Controller (BSC). La BTS consta de transceivers y antenas usadas en cada célula de la red y que suelen estar situadas en el centro de la célula, generalmente su petencia de transmisión determinan el tamaño de la célula.
Los BSC se utilizan como controladores de los BTS y tienen como funciones principales las de estar al cargo de los handovers, los frequency hopping y los controles de las frecuencias de radio de los BTS.
3. El Subsistema de Conmutación y Red o Network and Switching Subsystem (NSS): Este sistema se encarga de administrar las comunicaciones que se realizan entre los diferentes usuarios de la red; para poder hacer este trabajo la NSS se divide en siete sistemas diferentes, cada uno con una misión dentro de la red:

4. Los Subsistemas de soporte y Operación o Operation and Suppñort Subsystem (OSS): Los OSS se conectan a diferentes NSS y BSC para controlar y monitorizar toda la red GSM. La tendencia actual en estos sistemas es que, dado que el número de BSS se está incrementando se pretende delegar funciones que actualmente se encarga de hacerlas el subsistema OSS t eb los BTS de modo que se reduzcan los costes de mantenimiento del sistema.
En la figura tenéis un pequeño esquema de lo que hemos contado antes:

2.3 ROADMING Y HAND-OVER

Una vez vista la arquitectura de red que tenemos en GSM vamos a ver dos aspectos que son fundamentales dentro del funcionamiento normal de una red GSM, nos referimos al roadming y al hand-over, términos que seguro que habréis oído má de unavez y que vamos a tratar de explicar qué significan realmente.
En los apartados anteriores hemos visto que una red GSM se fundamenta en lo que hemos llamado célula y también comentábamos que una vez que introducíamos nuestro PIN en el terminal se procedía a buscar una red donde ser validado. Estos dos aspectos conllevan una serie de consecuencias que son las que van a originar el roadming y el hand-over.
¿Qué se entiende por roadming?. El roadming se produce siempre que nos estamos validando dentro de la red GSM y el terminal no es capaz de encontrar la red en la cual somos clientes; esto pasa fundamentalmente cuando salimos de viaje al extranjero, donde existe la red, pero no es la de nuestro operador; en este caso, el roadming consiste en la utilización de la red que se encuentre disponible y con la que nuestro operador tiene un acuerdo de colaboración. De este modo, podemos seguir conectados con nuestro móvil a la red independientemente de que estemos fuera del alcance de nuestro operador habitual. Existe un problema con el roadming que tenemos que tener en cuenta y es que cuando nuestro terminal se encuentra en roadming sucede que en el caso de que alguien nos llame, el coste de la llamada se divide de manera que la persona que nos llama paga la paerte nacional de la llamada y nosotros corremos con los gastos de la parte internacional; esto es debido a que en el roadming nuestro operador no sabe de antemano donde nos encontramos, ya que estamos en una red que no le pertenece y por tanto no puede establecer la tarifa que debe aplicar.
El concepto de hand-over tampoco es complicado y consiste en la transición que se produce cuando pasamos del rango de acción de una célula al rango de acción de otra. Esto se produce sobre todo cuando viajamos. El hand-over, por tanto, es el responsable de mantener el servicio de manera contante y de que las transiciones entre una célula y otra sean lo suficientemente pequeñas como para pasar desapercibidas por los usuarios.
Hay distintos tipos de hand-over en función de las células que intervengan en el proceso. Según esto podemos hablar de cuatro tipos diferentes de hand-over, que pueden producirse:

Hasta ahora, hemos estado viendo como es la red de GSM, pero no hemos dicho nada sobre otro elemento que forma parte de la red y que no podemos olvidar, ya que resulta fundamental para el funcionamiento del sistema. Nos referimos a los radio enlaces.
A través del interfaz de radio, se produce la unión entre los dispositivos móviles y las infraestructuras fijas que hay en las células. En GSM se han especificado dos bandas de frecuencia para poder ser usadas y con dos fines distintos:

Hay que señalar que de estas dos bandas de frecuencias (en total tenemos 25Mhz en cada banda de frecuencias), no se pueden usar todas, ya que algunas se encuentran no disponibles por motivos militares y por compatibilidad con algunos sistemas analógicos anteriores al GSM.
Estas bandas de frecuencia, vimos antes que son utilizadas para mantener diferentes comunicaciones simultáneas; hay dos mecanismos fundamentalmente utilizados para poder proporcionar acceso múltiple a un medio limitado, como son las frecuencias. Estos dos mecanismos se denominan FDMA o Frequency Division Multiple Access (Acceso Múltiple por división de Frecuencia) y TDMA o Time Division Multiple Access (Acceso Multiple por Division de Tiempo). En el caso de FDMA a cada usuario se le asigna una frecuencia de manera que el máximo número de usuarios que pueden usar el sistema viene determinado por el máximo número de frecuencias disponibles. Mediante TDMA lo que se hace es que diferentes usuarios pueden utilizar el mismo canal; para ello, a cada usuario se le asigna un determinado tiempo en el cual puede hacer uso del canal. Realmente, esto es un pco más complicado, como veremos a continuación.
TDMA se usa en los sitemas GSM sobre la estructura de FDMA, de la manera siguiente:
A los 25 Mhz de banda de frecuencias se divide en 125 partes denominadas frecuencias transportadoras, las cuales se encuentran separadas unas de otras por una frecuencia intermedia de 200 Khz; de las 125 frecuencias transportadoras (portadoras), una de ellas (generalmente la primera) se utiliza para comunicar GSM con servicios de baja frecuencia, por lo que de las 125, realmente solo 124 van a estasr disponibles en todo momento. Posteriormente, cada frecuencia transportadora se divide siguiendo el esquema de TDMA en aproximadamente espacios de 0.577 ms, que son asignados a un usuario en particular.

Bien, pues nuestro pequeño viaje sobre las redes GSM ha llegado a su fin. Como siempre, espero que este artículo haya servido para daros una visión amplia de qué sucede debajo de nuestros terminales, ya que como todos habéis podido comprobar, hay mucho trabajo que pasa de manera totalmente transparente para nosotros, pero que sin él nada de lo que hacemos tendría razón de sr. Y de momento, nada más por mi parte. Hasta la próxima,.