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ELECTRÓNICA – UNMSM, VOL. 18, NO. 1, JUNIO 2015
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Experimentos de Laboratorio utilizando modem
GSM/GPRS
Laboratory experiments using GSM/GPRS
Flavio N. Carrillo Gomero1, Robín R. Cuadrado Rivera2, Anderson Calderón Alva3
Facultad de Ingeniería Electrónica y Eléctrica, Universidad Nacional Mayor de San Marcos, Lima,Perú
Resumen— El presente trabajo presenta el desarrollo de
experimentos de Laboratorio sobre comunicaciones
inalámbricas utilizando el módulo de comunicaciones
SIM548C GSM/GPRS/GPS. En el desarrollo de los
experimentos se ha trabajado en la mejora de la interfaz
de comunicaciones del módulo SIM548C con el
microcontrolador PIC 18F4550 para la transmisión de
datos. En ello los profesores y estudiantes del grupo de
trabajo han logrado mejorar los experimentos de
laboratorio, así como la validación de los experimentos
logrados, el cual incluye los códigos y hardware de
soporte de los módulos de experimentación.
Abstract— This paper presents to develop laboratory
experiments on wireless communications using
communication module SIM548C GSM / GPRS / GPS.
In the development of the experiments we have worked
on improving communications interface module
SIM548C with PIC 18F4550 for data transmission. The
teachers and students of the working group have
improved laboratory experiments and the validation of
experiments made, which includes codes and hardware
support modules.
Palabras clave- Modem, GSM, GPRS, microcontrolador.
Keys words - Modem, GSM, GPRS, microcontroller.
1
I. INTRODUCCIÓN
D
esde la aparición del primer servicio de telefonía
móvil en 1940 y la continuación desde la primera
generación hasta hoy con la cuarta generación, este
escenario ha cambiado dramáticamente en esta última
década. Con la introducción del primer Servicio de
Mensajes Cortos (SMS-Short Message Service) y los
Protocolos de Aplicaciones Inalámbricas (WAPWireless Application Protocol), hoy en día cada vez
más personas hacen uso de los servicios móviles con
equipos que soporten múltiples funciones las mismas
1
Flavio N. Carrillo Gomero, e-mail: fcarrillog@unmsm.edu.pe
Robin R. Cuadrado R., e-mail: robincuadradorivera@gmail.com
3
Anderson Calderón Alva, E-mail: acalderon@unmsm.edu.pe
Recibido: Febrero 2015 / Aceptado: Junio 2015
2
que se están transformando en indispensables en su
vida diaria.
Esta tendencia del uso de los servicios de telefonía
móvil desde voz, video hasta datos en sus diferentes
formas de aplicación está ganando aceptación sobre
otras tecnologías como es el caso de Internet que ha
tomado décadas para alcanzar la forma presente frente
a la tecnología de las comunicaciones móviles que
desde mediados de los años 90 a logrado un amplio
espectro de utilización. En el Perú en la actualidad las
tecnologías de comunicaciones móviles están divididas
en tres grandes familias tecnológicas, como son: iDEN
(Integrated Digital Enhanced Network) utilizada por
NEXTEL, GSM(Global System for Mobile
Communication)/GPRS(General
Packet
Radio
Service)/EDGE(Enhanced Date rates for the GSM
Evolution)/LTE(Long Terminal Evolution) utilizada
por Claro y Movistar y UMTS(Universal Mobile
Telecommunication System)/HSDPA(High Speed
Downlink Packet Access)/HSPA+(High Speed Packet
Access), utilizadas también por Claro, Movistar y
Nextel, notándose que cada una de estas familias
tecnológicas son independiente una de la otra [1].
En la Universidad Nacional Mayor de San Marcos–
UNMSM, Facultad de Ingeniería Electrónica y
Eléctrica, en el 2009 entra a operar la E.A.P. de
Ingeniería de Telecomunicaciones y dentro del plan de
estudios contempla una serie de cursos vinculados a
los servicios aplicados sobre las comunicaciones
móviles, tal como se muestra en la Tabla I.
En consecuencia se vio la necesidad de desarrollar
experimentos de laboratorio que contribuya a la
formación práctica de los estudiantes en un ambiente
de laboratorio real y con instrumentos de medición
apropiados. Una decisión importante que se tomó antes
de iniciar el proyecto fue la de emplear un teléfono
móvil, un módem GSM, un cable de datos con
conexión RS-232, y una PC para llevar acabo los
experimentos de comunicación móvil.
Como objetivo del presente trabajo se estableció
desarrollar experimentos de laboratorio para los cursos
Introducción a las Radiocomunicaciones, Sistemas de
CARRILLO: EXPERIMENTOS DE LABORATORIO UTILIZANDO MODEM GSM/GPRS
Telecomunicaciones II, y Comunicaciones Móviles
utilizando la red de GSM-GPRS publica.
TABLA I
CURSOS RELACIONADOS CON SERVICIOS MÓVILES
Semestre
Curso
Experimentos
VI
Procesamiento Digital
Procesamiento de datos
VI
Introducción a las
Radiocomunicaciones
Respuesta en frecuencia de
un canal de comunicación
VII
Sistemas de
Radiocomunicaciones I
Arquitectura de un sistema
de radio comunicaciones
VIII
Sistemas de
Radiocomunicaciones II
Tx/Rx de datos en un
sistema de
radiocomunicaciones
Comunicaciones
Móviles
Frecuencias de operación
en GSM
IX
II. METODOLOGÍA
En este proyecto se ha utilizado tres componentes
metodológicos: Fundamento teórico, prueba de
operación de los comandos AT, y desarrollo de los
experimentos de laboratorio, tal como se muestra en la
Fig. 1.
El Modelo Teórico se fundamentó sobre la
recopilación de información de conceptos y esquemas
de la organización de un laboratorio de
39
comunicaciones móviles, habiéndose optado por el
sistema de comunicación móvil GSM-GPRS, que están
contenidos en el módulo SIM548c y en el SIM900,
donde se incluyó información actual dentro del
contexto del presente proyecto, las tecnologías de
GSM-GPRS alcanzadas a la fecha y así mismo los
conceptos teóricos de los sistemas de comunicación de
telefonía móvil.
Para la operación del hardware, tres son los
componentes
principales
del
sistema,
un
microcontrolador, módulo de GSM-GPRS; un equipo
de teléfono móvil y un computador. El primer paso fue
conocer la diversidad de periféricos que puede
implementarse con el módulo de comunicaciones, por
lo que se trabajó específicamente con el modelo
SIM548C GSM/GPRS/GPS y el SIM 900
GSM/GPRS, de la Marca SIMCom Wireless Solution
Ltd. Luego realiza las pruebas preliminares de
operación del módulo basado en el manual del
fabricante, tomando nota de cada una de las pruebas
ejecutadas y sus resultados registrados en el
computador para las pruebas de utilización de los
comandos AT, es decir, la codificación, se propuso el
conocimiento de la estructura y sintaxis de ejecución
de los comandos AT de los módulos utilizando la
interface del Hyperterminal para la verificación de
operatividad.
Para el desarrollo de los experimentos, se utilizó
una PC con el sistema operativo Windos XP conectada
a la red de Internet.
MODELO TEÓRICO
OPERACIÓN DEL
HARDWARE
PRUEBA DE LOS
COMANDOS AT
DESARROLLO DE LOS
EXPERIMENTOS
IMPLEMENTACIÓN, RESULTADOS Y CONCLUSIONES
Fig. 1 Diagrama de la Metodología utilizada.
III. MARCO TEÓRICO
El sistema GSM (Sistema Global para
Comunicaciones Móviles) es actualmente el estándar
en el Perú uno de los más utilizados para los sistemas
de telefonía móvil, no obstante que en el presente año
2014 ya ingreso la tecnología LTE que corresponde a
la tecnología 4G. Se estima que más del 80% del
mercado de telefonía móvil utiliza este servicio, con un
estimado que podría superar los 24 millones de líneas a
fines de este año [2].
GSM es una red basada en celdas (celular), donde
los teléfonos móviles acceden a la red mediante la
conexión a una celda en sus proximidades inmediatas.
GSM es una tecnología totalmente digital cuyas redes
ELECTRÓNICA – UNMSM, VOL. 18, NO. 1, JUNIO 2015
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operan en diferentes frecuencias portadoras. En el Perú
la mayoría de las redes operan en ya sea 850 o
1900MHz.
En el trabajo de Nurul I. Sarkar y Trevor M. Craig,
2006, “ Teaching wireless communication and networ
fundamental using Wi-Fi projects”, señalan que la
comunicación inalámbrica y las redes con frecuencia
resultan ser un tema muy difícil de enseñar de una
manera significativa, debido a que muchos estudiantes
parecen encontrar el tema muy técnico, y por lo tanto
bastante aburrido. En consecuencia, ellos han
preparado proyectos interesantes para ofrecer a los
estudiantes de comunicación inalámbrica una
experiencia práctica respecto al aprendizaje. La
eficacia de estos proyectos fueron evaluado por los
estudiantes y un equipo docente. La retroalimentación
de los estudiantes indica que tanto el desarrollo como
la implementación de los proyectos tuvieron éxito [3].
comandos AT para controlar el Modem SIM548C.
(a)
IV. MODELO DESARROLLADO
En la Fig.2 se muestra el diagrama de bloques de un
sistema de Tx/Rx de telefonía móvil para fines de
experimentación, donde el computador cumple la
misión de preparar los datos para ser enviados al
modem (SIM548C), quien luego de acuerdo a los
comandos recibidos procede al envió de los datos al
destino indicado. Por otro lado el SIM card
proporciona el vínculo de comunicación entre el
modem y la red de telefonía móvil suscrita.
(b)
Fig. 3 Módulo GSM (a) SIM548C (b) SIM900
> AT
Modem
GSM/GPRS
SIM548C
SIM
card
Fig.2. Modelo de laboratorio
A. Laboratorio No 1: Arquitectura del Módulo de
experimentación.
El objetivo de este Laboratorio es de familiarizar al
estudiante con los componentes y equipo de medición
con las cuales realizará las pruebas subsiguientes. Así
mismo, se incluye la sintaxis de escritura de los
comandos, la comunicación serial con el computador y
SIM548C. En la Fig. 3 y 4 se muestran los
componentes del módulo SIM548C.
B. Laboratorio No 2: Comandos ATM.
El objetivo de este Laboratorio es utilizar los
Fig. 4 Accesorios del módulo GSM SIM548C. A: Fuente de
alimentación de 5 voltios, B: Antena GSM, C:
Antena GPS, D: Cable de RF, E: Audífono F: Cable
serial-USB.
CARRILLO: EXPERIMENTOS DE LABORATORIO UTILIZANDO MODEM GSM/GPRS
o SIM 900 [4],[5]. Estos comandos al ser
aplicados al módulo GSM permiten realizar
pruebas de acceso a los siguientes servicios:
-
Configuración del modem.
Servicios SMS.
Servicios MMS.
TX/Rx de voz en la red móvil.
41
sido en función de comprender la sintaxis y así mismo
que no necesariamente esta sea la única forma de
agruparlos.
TABLA II
CLASIFICACIÓN DE LOS COMANDOS AT
C. Laboratorio No.3: Mediciones sobre el equipo
móvil de GSM
En este laboratorio se estudia las propiedades de
trabajo de las estaciones móviles GSM (MS). El
objetivo es aprender los conceptos básicos de un
transceptor GSM e investigar su característica por
medio de mediciones. Para este fin se utilizó el
Analizador de espectros Rohde & Schwarz para medir
la frecuencia y potencia de transmisión de la estación
móvil y teniendo en cuenta que en este caso se ve al
analizador como una estación base (BTS). Las
mediciones que se pueden realizar en los experimentos
de laboratorio en GSM son en la banda de 900MHz.
D. Laboratorio No. 4: Enlace end to end via GSM
Comandos
de Prueba
El equipo móvil retorna la lista de parámetros y el
rango de valores con el comando Write que
corresponda o por medio de procesos internos.
Comandos
de lectura
Este comando retorna el valor prefijado del parámetro
o parámetros.
Comandos
de escritura
Este comando fija el valor del parámetro de definición
de usuario.
Comandos
de ejecución
El comando de ejecución lee los parámetros no
variables afectados por los procesos internos en el
equipo GSM.
Otro resultado importante es la de haber
contribuido en consolidar el Grupo de Investigación de
Procesamiento de Señales al incluir estudiantes de la
E.A.P. de Ingeniería de Telecomunicaciones, tal como
se muestra en la Fig.5 en la que se observa realizando
pruebas de operación del módulo SIM548C.
En este laboratorio se experimenta con los
comandos AT con la cual opera el proceso de
comunicaciones del módulo de radio SIM548C
GSM/GPRS/GPS y el SIM 900, para lograr la
comunicación entre estaciones móviles vía GSM. Este
trabajo de laboratorio requiere un conocimiento previo
del manejo de los comandos AT, específicamente en
aspectos de la interfaz de radio y comunicación de
datos [6], [7].
E. Laboratorio No 6: Registro de
coordenadas geográficas utilizando el GPS.
las
En este experimento de laboratorio se presenta la
utilización de los comandos AT para la obtención de
datos de ubicación geográfica del módulo. Para ello se
utilizan las interfaces de control I/O del módulo en la
parte correspondiente al GPS para observar en el
computador el registro de los datos obtenidos a partir
de las señales recibidas de los satélites detectados. A
partir de los datos registrados, el estudiante interpretar
la posición en coordenadas geográficas. Para ello
deberá tener conocimiento de la estructura de datos del
GPS y las reglas de conversión a coordenadas
geográficas.
V. RESULTADOS
Uno de los resultados del uso de los comandos AT
es haber agrupado dichos comandos por la función
desarrollada tal como se muestra en la Tabla II. Es
importante señalar que esta forma de clasificarlos ha
Fig.5 Equipo de trabajo.
V. CONCLUSIONES
Una serie de seis laboratorio de experimentos han
sido desarrollados, las cuales serán utilizadas en el aula
para clases demostrativas, mejorando la tradicional
forma de enseñanza de las lecciones que correspondan
así como en el laboratorio de Introducción a los
Sistemas de Telecomunicaciones, Sistemas de
ELECTRÓNICA – UNMSM, VOL. 18, NO. 1, JUNIO 2015
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Radiocomunicaciones I y II y en Comunicaciones
Móviles. El proyecto consiste en disponer de varios
módulos económicos y de amplia disponibilidad y en
kits adquiribles en el mercado,, tal que los estudiantes
puedan desarrollar sus aplicaciones.
AGRADECIMIENTOS
A través del presente trabajo, deseamos agradecer
al Instituto de Investigación de la Facultad de
Ingeniería Electrónica por el apoyo y facilidades
brindadas al presente proyecto.
REFERENCIAS
[1] Geoff Sanders, Et All. “GPRS Networks. Mobile Radio
Evolution”, pp 1-15. Wiley, 2003.
[2] GESTIÓN. “La telefonía móvil alcanza una penetración
del 80% a nivel nacional”. 14/Julio/2014.
[3] Nurul I. Sarkar and Trevor M. Craig. “Teaching
Wireless
Communication
and
Networking
Fuindamentals
using
Wi-Fi
Projects”.
IEEE
TRANSACTIONS ON EDUCATION, Vol 49, No.1,
February 2006.
[4] SIM548C AT Command Set. SIMCom.2008
[5] Development Kit Manual. SIM548C-EVB_UGD_V1.01
[6] GSM Architecture Training Document. Nokia Networks
Oy. TC Finland. Issue Jan 2002.
[7] Yi-Bing Lin, Herman C.H. Rao y Imrich Chlamtac.
“GPRS: Architecture, Interfaces, and Deployment.
Wireless Communication and Mobile Computing”.
2001.