2.2.3b medios de tx red movil celular

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EL SISTEMA

TELEFÓNICO MÓVIL

MÓDULO 2 - CAPA FISICA

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MÓDULO 2 - CAPA FISICA

-Bases Teóricas de Comunicación de Datos

-Medios de Tx guiados

-Satélites de Comunicaciones

-Transmisión Inalámbrica

-La Red Telefónica Pública Conmutada

-Sistema Telefónico Móvil

-Television por cable

CONTENIDO

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-INTRODUCCIÓN-EL SISTEMA TELEFÓNICO MOVIL

-TELÉFONOS MÓVILES DE PRIMERA GENERACIÓN: VOZ ANALÓGICA-TELÉFONOS MÓVILES

- AMPS- SISTEMA AVANZADO DE TELEFONÍA MÓVIL

SISTEMA TELEFONICO MOVIL

- TRANSFERENCIA DE CELDA (CELL HANDOFF)- CANALES

- TELÉFONOS MÓVILES DE SEGUNDA GENERACIÓN: VOZ DIGITAL- ADMINISTRACIÓN DE LLAMADAS

- D– AMPS- GSM- SISTEMA GLOBAL PARA COMUNICACIONES MÓVILES

- CDMA- ACCESO MÚLTIPLE POR DIVISIÓN DE CÓDIGO

-TELÉFONOS MÓVILES DE TERCERA GENERACIÓN: VOZ Y DATOS DIGITALES

-DESAFÍOS EN LA MIGRACIÓN A LOS SISTEMAS MÓVILES DE CUARTA GENERACIÓN: 4G

- IMTS- SISTEMA MEJORADO DE TELEFONÍA MÓVIL

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INTRODUCCIÓN…El estudio enfocará los sistemas de telefonía inalámbrica y puntualmente la telefonía móvil, que actualmente se destaca al constituirse como una herramienta dinámica y eficaz en los sistemas de comunicación

Dinámica en la medida en que a pesar de ser una tecnología relativamente novedosa, ha sufrido una vertiginosa evolución y día a día se añaden más servicios a esta plataforma

Eficaz debido a que cumple a cabalidad con su función de sistema de comunicación.

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…INTRODUCCIÓN

Se verá la evolución que ha tenido la telefonía móvil, analizando cada una de las características y principales exponentes durante cada una de las etapas de dicho proceso. Estas etapas se conocen como primera, segunda y tercera generación.

Finalmente se hará una breve introducción a los desafíos a los que se enfrenta la telefonía móvil de cuarta generación.

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EL SISTEMA TELEFÓNICO MÓVIL

Los teléfonos inalámbricos se dividen en dos categorías básicas:

Teléfonos Inalámbricos (Una estación base y un teléfono).

Teléfonos móviles (Teléfonos celulares, conectividad a redes).

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TELÉFONOS MÓVILES

Los teléfonos móviles han pasado por tres generaciones distintas, con tecnologías diferentes:

Primera Generación: Voz Analógica.

Segunda Generación: Voz Digital.

Tercera Generación: Voz y Datos Digitales.

Cuarta Generación: Integración de Sistemas y Servicios.

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TELÉFONOS MÓVILES DE PRIMERA GENERACIÓN: VOZ ANALÓGICA

En 1946, el primer sistema de teléfonos instalado en autos se construyó en St. Louis.

CARACTERÍSTICAS:

• Un solo transmisor grande colocado en la parte superior de un edificio.

• Un solo canal que servía para enviar y recibir. • Sistemas de oprimir para hablar (PTT, Push To

Talk).

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SISTEMA MEJORADO DE TELEFONÍA MÓVIL.

En 1960 se instaló el IMTS (Sistema Mejorado de Telefonía Móvil).

CARACTERÍSTICAS:• Un transmisor de alta potencia (200 w), en la

“cima de una colina”.• Dos frecuencias, una para transmitir y otra para

recibir.• 23 canales dispersos entre 150 a 450 MHz. • Debido al número tan pequeño de canales, los

usuarios a veces tenían que esperar bastante tiempo antes de obtener el tono de marcar.

• Presentan Interferencia. LHDG / 2011A - 51

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SISTEMA AVANZADO DE TELEFONÍA MÓVIL

En 1982 Lab. Bell (EE.UU) desarrolla AMPS (Sistema Avanzado de Telefonía Móvil). Se uso en Inglaterra (TACS) y Japón (MCS-L1).

CARACTERÍSTICAS:• Divide una región geográfica en celdas (telefonía celular).• Las celdas normalmente tienen de 10 a 20 Km de

diámetro.• Cada celda utiliza un grupo de frecuencias que no es

utilizada por ninguno de sus vecinas. • Los teléfonos de bolsillo tienen una salida de 0,6 w; los

transmisores en los automóviles normalmente son de 3 w (el máximo permitido por la FCC).

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Figura 1. (a) Las frecuencias no se reutilizan en celdas adyacentes. (b) Para añadir más usuarios se pueden usar celdas más pequeñas.

• En el centro de cada celda está la estación base a la cual transmiten todos los teléfonos de la celda.

• Las estaciones base se conectan a un mismo dispositivo llamado MTSO (Oficina de Conmutación de Telefonía Móvil) o MSC (Centro de Conmutación Móvil).

SISTEMA AVANZADO DE TELEFONÍA MÓVIL

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CELDAS

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TRANSFERENCIA DE CELDA (CELL HANDOFF)…

Cambio de base o canal. Tarda 300 mseg.

Puede realizarse de dos maneras:

• Transferencia suave de celdas (soft handoff).

• Transferencia dura de celda (hard handoff)

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…TRANSFERENCIA DE CELDA (CELL HANDOFF)…

Transferencia suave de celdas (soft handoff), el teléfono es recibido por una nueva estación base, antes de que las primeras terminen.

De esta manera, no hay pérdida de continuidad.

La desventaja es que el teléfono debe disponer de dos frecuencias para sintonizar al mismo tiempo (la estación anterior y la nueva).

Ni los dispositivos de primera generación ni los de segunda pueden hacer esto.LHDG / 2011A - 51

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…TRANSFERENCIA DE CELDA (CELL HANDOFF)

Transferencia dura de celda (hard handoff) la antigua estación base deja el teléfono antes de que la nueva lo adquiera.

Si la nueva no puede adquirirlo (por ejemplo, debido a que no hay frecuencia disponible), la llamada se termina de manera abrupta.

Los usuarios suelen notar esto, pero con el diseño actual es inevitable que suceda en ocasiones.

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CANALES…• El sistema emplea 832 canales dúplex, cada

uno compuesto por un par de canales símplex.

• 832 canales para transmisión símplex desde 824 hasta 849 MHz.

• 832 canales para recepción símplex desde 869 hasta 894 MHz.

• Estos canales símplex son de 30KHz de β.

• AMPS usa FDM para organizar los canales.LHDG / 2011A - 51

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…CANALES…

Los 832 canales se dividen en cuatro categorías:

• De Control (base a móvil) para administrar el sistema.

• De Localización (base a móvil) para avisar a usuarios móviles que tienen llamadas.

• De Acceso (bidireccional) para establecimiento de llamadas y asignación de canales.

• De Datos (bidireccional) para voz, fax o datos.LHDG / 2011A - 51

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…CANALES

Veintiún canales se reservan para control, y están fijos dentro de una PROM en cada teléfono, puesto que las mismas frecuencias no pueden reutilizarse en celdas cercanas, la cantidad real de canales de voz disponibles por célula es mucho menor que 832, normalmente cerca de 45.

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ADMINISTRACIÓN DE LLAMADAS…

Cada teléfono móvil en AMPS tiene un número de serie de 32 bits y un número telefónico 10 dígitos en su PROM.

El número de teléfono se representa como un código de área de 3 dígitos en 10 bits, y un número de suscriptor de 7 dígitos, en 24 bits.

• Cuando un teléfono se enciende, examina una lista preprogramada de 21 canales de control para encontrar la señal más potente.

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…ADMINISTRACIÓN DE LLAMADAS

LLAMADA SALIENTE:• Se envía el número al que se va a llamar y su propia identidad

por el canal de acceso.• La estación base recibe la petición e informa a la MTSO. • La MTSO busca un canal desocupado para la llamada.

LLAMADA ENTRANTE:• Todos los teléfonos libres escuchan continuamente el canal

de aviso para detectar mensajes dirigidos a ellos. • Se envía un paquete a la MTSO local del destinatario de la

llamada para averiguar dónde se encuentra.

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TELÉFONOS MÓVILES DE SEGUNDA GENERACIÓN: VOZ DIGITAL

En la actualidad hay cuatro sistemas en uso:- D-AMPS.- GSM.- CDMA.- PDC.

Se utiliza el nombre PCS (Servicios de Comunicaciones Personales) para indicar el sistema de segunda generación (es decir, el digital). Originalmente denotaba un teléfono móvil que utilizaba la banda 1.900 MHz.

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D-AMPS…

Coexiste con AMPS, para que los teléfonos móviles de primera generación y los de segunda pudieran funcionar de manera simultánea en la misma celda. Utiliza los mismos canales a 30KHz que AMPS y a las mismas frecuencias a fin que un canal pueda ser analógico y los adyacentes, digitales.

Dependiendo de la mezcla de teléfonos en las celdas, la MTSO de la celda determina cuáles canales son analógicos y cuáles digitales, y puede cambiar tipos de canales de manera dinámica conforme cambie la mezcla de canales en una celda.LHDG / 2011A - 51

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… D – AMPS …

Los canales ascendentes estaban en el rango 1.850 a 1.910 MHz, y los canales descendentes correspondientes estaban en el rango de 1.930 a 1.990 MHz, nuevamente en pares.

Utiliza Teléfonos más pequeños (λ).

Con la telefonía móvil hay una gran ganancia al realizar la digitalización y compresión en el teléfono (VOCODER), tanto que en D-AMPS tres usuarios pueden compartir un solo par de frecuencias que utilicen la multiplexión por división de tiempo.

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Figura. (a) Un canal D-AMPS con tres usuarios. (b) Un canal D-AMPS con seis usuarios

Cada trama mantiene tres usuarios que se turnan para utilizar los enlaces ascendente y descendente.

Emplea la técnica conocida como MAHO (Transferencia Asistida Móvil de Celda).

… D – AMPS

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SISTEMA GLOBAL PARA COMUNICACIONES MÓVILES…

CARACTERÍSTICAS:• Utiliza la multiplexión por división de frecuencia, en el

que cada dispositivo móvil transmite en una frecuencia y recibe en una frecuencia mayor (80MHz más arriba para D-AMPS, 55MHz más arriba para GSM).

• Utiliza la multiplexión por división de tiempo para dividir un solo par de frecuencias en ranuras de tiempo compartidas por múltiples teléfonos móviles.

• Los canales GSM tienen 200KHz de β.

Sistema Global para Comunicaciones Móviles, GSM.

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• Un sistema GSM tiene 124 pares de canales símplex.

• Cada uno de ellos tiene un β de 200KHz y maneja ocho conexiones por separado, mediante TDM (multiplexión por división de tiempo).

• A cada estación activa, se le asigna una ranura de tiempo en el par de canal.

…SISTEMA GLOBAL PARA COMUNICACIONES MÓVILES…

La transmisión y la recepción no suceden en la misma ranura de tiempo, porque los radios GSM no pueden transmitir y recibir al mismo tiempo, además se toma algún de tiempo el cambiar de una a otra.

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Figura. GSM utiliza 124 canales de frecuencia, cada uno de los cuales utiliza un sistema TDM de ocho ranuras.

…SISTEMA GLOBAL PARA COMUNICACIONES MÓVILES…

Varios tipos de Canales de Control…LHDG / 2011A - 51

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• El canal de control de difusión es un flujo continuo de salida de la estación base que contiene la identidad de la estación base, así como el estado del canal.

…SISTEMA GLOBAL PARA COMUNICACIONES MÓVILES…

• El canal de control común, que se divide en tres subcanales lógicos.

• El canal dedicado de control se utiliza para actualización de localización, registro y establecimiento de llamada.

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…SISTEMA GLOBAL PARA COMUNICACIONES MÓVILES.

• El subcanal de localización, utilizado por la estación base para anunciar llamadas entrantes.

• El subcanal de acceso aleatorio, utilizado por los usuarios para solicitar una ranura del canal dedicado de control.

• El subcanal de otorgamiento de acceso. Por donde la ranura asignada, es anunciada.

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Figura. Parte de la estructura de entramado GSM.

…SISTEMA GLOBAL PARA COMUNICACIONES MÓVILES…

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ACCESO MÚLTIPLE POR DIVISIÓN DE CÓDIGO…Acceso Múltiple por División de Código, CDMA

CARACTERÍSTICAS:• Se describe en el International Standard IS-95. Algunas

veces se hace referencia a él con éste nombre.• También utiliza el nombre CdmaOne.• Permite que cada estación transmita todo el tiempo a

través de todo el espectro de frecuencia. • Utiliza la teoría de codificación para separar múltiples

transmisiones simultáneas. • CDMA no supone que las tramas que colisionan son

totalmente distorsionadas. En su lugar, asume que se agregan múltiples señales en forma lineal.

• Funciona con un ancho de banda β de 1, 25 MHz. LHDG / 2011A - 51

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…ACCESO MÚLTIPLE POR DIVISIÓN DE CÓDIGO…

En CDMA, cada tiempo de bit se subdivide en “m” intervalos cortos llamados chips.• A cada estación se le asigna un código único de m bits

llamado secuencia de chip. • Para transmitir un bit 1, una estación envía su secuencia

de chips. • Para transmitir un bit 0, se envía el complemento a uno de

su secuencia de chips. No se permiten otros patrones. • Ejemplo, para m = 8, si a la estación A se le asigna la

secuencia de chips 00011011- Para un bit 1 envía 00011011 - Para un bit 0 envía 11100100.

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Si el ancho de banda disponible se incrementa por un factor de m, es lo que hace de CDMA una forma de comunicaciones de espectro disperso.

Todas las secuencias de chips son ortogonales y apareadas, lo cual quiere decir que el producto interno normalizado de cualquiera de dos secuencias distintas de chips, S y T es 0.

Las secuencias ortogonales de chips se pueden generar utilizando un método conocido como Código de Walsh.

…ACCESO MÚLTIPLE POR DIVISIÓN DE CÓDIGO…

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En términos matemáticos, la ortogonalidad de las secuencias de chips se puede expresar como :

Figura (a) Secuencias de chips binarios para cuatro estaciones.(b) Secuencias de chips bipolares. c) Seis ejemplos de transmisiones.(d) Recuperación de la señal S de la estación C

…ACCESO MÚLTIPLE POR DIVISIÓN DE CÓDIGO…

m

iiiTSm 1

01

TS

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El producto interno normalizado de cualquier secuencia de chips por sí misma es “1”, o sea :

m

1i

m

1i

m

1i

2i

2ii 11

m

1S

m

1SS

m

1SS

…ACCESO MÚLTIPLE POR DIVISIÓN DE CÓDIGO…

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Para recuperar el flujo de bits de una estación individual, el receptor debe conocer con anticipación la secuencia de chips de esa estación.

Realiza la recuperación calculando el producto interno normalizado de la secuencia de chips recibida (la suma lineal de todas las estaciones que transmitieron) y la secuencia de chips de la estación cuyo flujo de bits se está tratando de recuperar.

Si la secuencia de chips recibida es S y la secuencia de chips de la estación que el receptor está tratando de escuchar C, simplemente calcula el producto interno normalizado, S●C.

…ACCESO MÚLTIPLE POR DIVISIÓN DE CÓDIGO…

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PDC

PDC sólo se utiliza en Japón y básicamente es un D-AMPS modificado para dar compatibilidad hacia atrás con el sistema analógico japonés de primera generación.

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TELÉFONOS MÓVILES DE TERCERA GENERACIÓN: VOZ Y DATOS DIGITALES

En 1992, la ITU trató de llevar a cabo este sueño y creó un diseño para alcanzarlo, llamado IMT-2000.

IMT son las siglas de Telecomunicaciones Móviles Internacionales.

Se le agregó el número 2000 por tres razones:• Año en que debería funcionar• Frecuencia a la que trabajaría (en MHz)• Ancho de banda que el servicio debería tener (en KHz)LHDG / 2011A - 51

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TELÉFONOS MÓVILES DE TERCERA GENERACIÓN: VOZ Y DATOS DIGITALES

Los servicios básicos que se supone que la red IMT-2000 proporcionará a sus usuarios son:

• Transmisión de voz de alta calidad.• Mensajería (Lo cual reemplazará al correo electrónico, a

los faxes, a SMS, a los salones de conversación, etcétera).

• Multimedia (reproducir música, ver vídeos, películas, televisión, etcétera).

• Acceso a Internet (navegar por Web, incluyendo páginas con audio y vídeo).

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TELÉFONOS MÓVILES DE TERCERA GENERACIÓN: VOZ Y DATOS DIGITALES

• W-CDMA (CDMA de Banda Ancha), fue propuesta por Ericsson.

• Este sistema utiliza espectro disperso de secuencia directa del tipo que se describió anteriormente.

• Se ejecuta en una banda ancha β de 5MHz y se ha diseñado para interactuar con redes GSM aunque no tiene compatibilidad hacia atrás con GSM.

La ITU visualizó una tecnología sencilla a nivel mundial para IMT-2000, apareciendo las siguientes opciones:

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TELÉFONOS MÓVILES DE TERCERA GENERACIÓN: VOZ Y DATOS DIGITALES

…W-CDMA (CDMA de Banda Ancha)

• Tiene la propiedad que el usuario puede salir de una celda W-CDMA y entrar a una celda GSM sin perder la llamada.

• Este sistema fue impulsado por la Unión Europea, que lo llamó UMTS (Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles).

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TELÉFONOS MÓVILES DE TERCERA GENERACIÓN: VOZ Y DATOS DIGITALES

• CDMA2000, propuesto por Qualcomm.

• Éste es un sistema de espectro disperso de secuencia directa, básicamente es una extensión de IS-95 y es compatible hacia atrás con él.

• También utiliza un ancho de banda de 5MHz.• No interactúa con GSM y por ende no puede entregar

llamadas a una celda GSM (ni a una celda D- AMPS).

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TELÉFONOS MÓVILES DE TERCERA GENERACIÓN: VOZ Y DATOS DIGITALES

Algunos operadores están dando cautelosamente un pequeño paso en dirección a 3G, denominándose 2,5G:

EDGE (Tasa de Datos Mejorada para la Evolución del GSM), que simplemente es GSM con más bits por baudio.

Más bits por baudio también significan más errores por baudio, por lo que EDGE tiene nueve esquemas diferentes para modulación y corrección de errores, que difieren en la cantidad de ancho de banda que se dedica para reparar los errores introducidos por la velocidad más alta.

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TELÉFONOS MÓVILES DE TERCERA GENERACIÓN: VOZ Y DATOS DIGITALES

GPRS (Servicio de Radio de Paquetes Generales), que es una red de paquetes superpuestos encima de D-AMPS o GSM.

• Permite que las estaciones móviles envíen y reciban paquetes IP en una celda que se ejecuta en un sistema de voz.

• Cuando GPRS está en operación, algunas ranuras de tiempo en algunas frecuencias se reservan para el tráfico de paquetes.

• La estación base puede manejar de manera dinámica el

número y la ubicación de las ranuras de tiempo, dependiendo de la tasa de voz sobre el tráfico de datos de la celda.LHDG / 2011A - 51

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DESAFÍOS EN LA MIGRACIÓN A LOS SISTEMAS MÓVILES DE CUARTA GENERACIÓN: 4G

Se espera que las redes 4G cumplan con las siguientes características:

• Alta utilidad: en cualquier momento, en cualquier lugar y con cualquier tecnología.

• Soporte para servicios multimedia a bajo costo de transmisión.

• Personalización.• Servicios integrados.

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CONCLUSIONES…

En la actualidad los teléfonos móviles se usan ampliamente para voz y pronto se utilizarán ampliamente para datos y para ello tuvo que sufrir una serie de mejoras en cuanto a su tecnología de funcionamiento, así:

La primera generación: analógica y dominada por AMPS,

La Segunda generación: digital, en la que D-AMPS, GSM, y CDMA fueron sus principales exponentes,

La Tercera generación: digital y basado en la banda ancha de CDMA y LHDG / 2011A - 51

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La Cuarta generación que promete sin lugar a dudas, establecer una integración de tecnologías y servicios, convirtiendo a la telefonía móvil en una herramienta imprescindible en el área de las telecomunicaciones.

Cabe anotar que gran parte del estancamiento tecnológico de la telefonía móvil se debe a la incompatibilidad entre los sistemas de Europa y Estados Unidos, de hecho el fracaso de 3G se debe a dicha incompatibilidad.

…CONCLUSIONES

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-La Red Telefónica Pública Conmutada

CAPITULO 2- CAPA FISICA

-Medios de Tx guiados

-Satélites de Comunicaciones

-Transmisión Inalámbrica

-SistemaTelefónico Móvil

-Television por cable

CONTENIDO

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