COMUNICACIONES
MÓVILES
Las comunicaciones en movilidad permiten que un usuario
pueda utilizar servicios de telecomunicaciones mientras se desplaza a lo largo
de un territorio. Los diferentes servicios que se prestan en movilidad se
pueden clasificar en dos grandes grupos:
Servicios Interpersonales. Donde los corresponsales de
la comunicación son quienes aportan el contenido, de los que la telefonía móvil
es el servicio paradigmático. Sin embargo, también conviene prestar atención a
la proliferación de nuevos servicios interpersonales de comunicación en
movilidad: mediante mensajería instantánea, correo electrónico (p.ej.
Blackberry), chats y juegos a distancia.
Servicios no interpersonales. En los que no hay una
persona corresponsal o se utilizan contenidos que están proporcionados por
terceros, como el acceso a internet o aplicaciones empresariales, incluso la
Televisión en movilidad.
Claramente, la telefonía es en la actualidad el
servicio más utilizado de los que ofrecen los sistemas de comunicaciones
móviles.
Desde un punto de vista técnico, los sistemas de
comunicaciones móviles se han desarrollado empleando tecnologías que extienden
el servicio gracias a la superposición de la cobertura circular (o celular) de
una estación base sobre una determinada zona. Así las tecnologías celulares se
emplean en el despliegue de redes que dividen el territorio en celdas para
incrementar la capacidad de la red reutilizando las mismas frecuencias en
diferentes celdas. La siguiente figura muestra un ejemplo de una red celular
con sus diferentes elementos.
Dada la proliferación de estos sistemas en los últimos
años, las redes móviles se llaman también en muchos casos redes celulares.
Una de las principales ventajas de estos sistemas es su
capacidad para utilizar el espectro radioeléctrico de manera eficiente. Como se
muestra en la figura anterior, una determinada celda utiliza una frecuencia que
no es utilizada por ninguna de las celdas adyacentes. De este modo se evitan
las interferencias ya que las celdas que reutilizan la frecuencia inicial están
a la suficiente distancia. Así el tamaño de las celdas de cobertura y las
frecuencias utilizadas en la comunicación son parámetros que los operadores
utilizan para diseñar sus redes con el objetivo de maximizar la capacidad y
disponibilidad del servicio con la mayor eficiencia posible y el mínimo nivel
de interferencias entre celdas que emplean la misma frecuencia.
Comparándola con el tipo de accesos de la telefonía
fija, donde el tradicional par de cobre se utiliza por término medio menos de
20 minutos al día, un canal móvil se reutiliza por múltiples abonados a lo
largo del día.
Clasificación de los sistemas de comunicaciones móviles
La clasificación más comúnmente usada para referirse a
los sistemas de comunicaciones móviles es la siguiente:
Primera Generación 1G o analógicos.
Segunda Generación 2G o digitales.
Segunda Generación y Media 2,5G.
Tercera Generación 3G o de banda ancha.
Beyond 3G: con este término se agrupan a todos los
sistemas y generaciones posteriores a 3G. Se habla por tanto de 3,5G, 4G, etc.
Los primeros sistemas de 1G y 2G aparecieron en el
mercado en 1979 y 1991 respectivamente. Su expansión no tuvo una geografía
uniforme ni siquiera en Europa. Por su parte los sistemas 2,5G nacieron
comercialmente en el año 2000 y, los sistemas 3G comenzaron su andadura a
finales de 2001.
Los sistemas 1G y 2G se desplegaron inicialmente
utilizando las bandas de 800 y 900 MHz, para posteriormente usar bandas
superiores en 1800 y 2100 MHz.
Por ejemplo el sistema AMPS (Advanced Mobile Phone
System) operaba en 800 MHz y fue utilizado en buena parte de América, África,
Europa del Este y Rusia. Otro de los sistemas 1G más populares, el ETACS
(Extended Total Access Communications System) fue desplegado principalmente en
Europa, y utilizaba la banda de 900MHz. Por último, el estándar NMT (Nordic
Mobile Telephone) operaba en las bandas de 450 y 900MHz en los países
escandinavos y en España
Por su parte el sistema 2G de mayor éxito, el GSM
(Global System for Mobile Communications) fue inicialmente desplegado en la
banda de 900 MHz, y en la actualidad se emplea en prácticamente todo el mundo,
salvo en determinadas regiones de América y Asia. También populares son los
sistemas TDMA IS-136 (Time División Multiple Access) y CDMA IS-95 (Code
División Multiple Access), utilizados en América y Asia.
Por su parte los diferentes sistemas 3G operan en
frecuencias más altas, típicamente a partir de los 2000 MHz.
Como se puede extraer de lo expuesto anteriormente,
existen múltiples estándares de comunicaciones móviles que conforman cada una
de las generaciones, y que no son compatibles entre sí. Además dichos
estándares tienen habitualmente una componente regional, es decir, que son
adoptados masiva mente en una determinada región geográfica (por ejemplo, GSM
en Europa y actualmente en latino américa) lo que favorece la competencia entre
industrias y operadores de diferentes continentes.
Sistemas de Comunicaciones Móviles
Las comunicaciones móviles no aparecieron de forma
comercial hasta finales del siglo XX. Los países nórdicos fueron los pioneros
en disponer de sistemas de telefonía móvil, Radio búsquedas (GPS), redes
móviles privadas o Trunking. Los sistemas de telefonía móvil avanzados fueron
el siguiente paso. Después llegó la telefonía móvil digital y con la rápida
adopción mundial de las agendas personales, laptops (computadores portátiles),
netbooks (mini ordenadores) y un sin fin de dispositivos las comunicaciones
móviles se usaron cada vez más para conectarse vía radio con otros dispositivos
o redes. Finalmente cabe destacar la fusión entre comunicaciones móviles e
Internet, lo que fue el verdadero punto de inflexión positivo para estos dos
elementos.
Sistemas de comunicaciones móviles
PMR
Sistema PMR proviene de “Private Mobile Radio”, este
sistema utiliza una técnica llamada de concentración de enlaces (trunking), la
cuál puede describirse como la conmutación automática de algunos canales en un
sistema repetidor multicanal. Son redes de radiocomunicaciones privadas que
usan los móviles que llevan esta tecnología y no se conectan con las redes
públicas. El sistema PMR son redes para grupos cerrados de usuarios, estas
redes son de gran utilidad puesto que nos facilitan que los terminales dentro
de un entorno se conecten al centro de control, y luego éste la distribuye de
las siguientes maneras: a estación a través de la estación base, fijos mediante
línea telefónica.
PMR es una red que funciona en un canal abierto esto
quiere decir que desde un despacho los mensajes son recibidos por todos los
terminales conectados al canal (por despacho entendemos el intercambio de
órdenes y confirmaciones entre el controlador y los móviles (terminal) que se
encuentran en los extremos). El sistema PMR destaca la cobertura (en celdas del
orden de 10 Km), el acceso es más rápido entre los terminales y el despacho,
las llamadas son de corta duración. Las aplicaciones de PMR gestionan las radio
cuminaciones en flotas que brindan servicios tales como seguridad, bomberos,
taxis, etc
Sistemas Troncales (trunking)
Este sistema es la evolución de PMR, nace de la
necesidad de mejorar el uso de la restricción de canales radioeléctricos
disponibles, se desarrolló en la década de los 80. En la distribución de
frecuencias a varios grupos de usuarios ya sean estas de servicio público, se
presentaban casos en los que el uso real de la frecuencia asignada estaba muy
por debajo de lo normal, provocando un bajo rendimiento de un recurso natural
escaso, y por lo tanto una pérdida de capacidad de comunicación.
El sistema trunking trata de utilizar pocas frecuencias
de una forma más eficiente, se decide que la frecuencia ya no pertenezca a un
único grupo de usuarios, si no se disponen un poco de frecuencias portadoras
para que estas puedan ser utilizadas otros grupos de usuarios. Trunking es un
sistema de compartición de varias frecuencias radioeléctricas, de modo que ante
una solicitud de comunicación de voz por parte de un terminal móvil, el sistema
trunking le asignara un canal libre.El sistema trunking está identificado por
la norma MPT1327 del Ministerio de Correos y Telecomunicaciones del Reino Unido
desde el año 1988. Utiliza modulación FFSK con tonos de 1.800-1.200 Hz para la
señalización en el canal de control, y la modulación de voz sigue siendo
analógica en los canales de tráfico.
Sistema TETRA
Sistema TETRA de “Terrestrial Trunked Radio”, es la
evolución natural de Trunking analógico, surge la red Trunking digital, donde
deja de lado la modulación analógica y se introduce al mundo de la modulación
digital, tanto para voz como para datos. Con este sistema aprovechamos el
recurso limitando de frecuencia disponible, puesto que en un solo canal de RF
(frecuencia ascendente y descendente) pueden obtenerse hasta cuatro
comunicaciones de voz, esto se da gracias a la técnica TDMA (Time División
Multiple Access).
Tetra es un estándar europeo para poder combinar varios
modos de redes, sistemas y servicios. Se considera un sistema de concentración
de enlaces de transmisión funcionando con tecnología digital de acceso y
transmisión. Los servicios que ofrece TETRA son los siguientes: Modo circuito
para datos protegidos, modo circuito para datos sin protección, modo circuito
para datos fuertemente protegidos, modo IP, llamada individual, llamada de
grupo cerrado de usuarios, entre otros.
Sistema GSM (2G)
GSM viene de “Global System for Mobile Communications”
(Sistema Global de comunicaciones Móviles), GSM es un sistema de telefonía
netamente digital, originalmente se definió como un estándar europeo abierto
para redes de teléfonos móviles digitales que soportan voz, mensajes de texto,
datos y roaming. GSM corresponde a la segunda generación (2G) más importante
del globo terrestre. El sistema GSM utiliza una variación de acceso múltiple
por división de tiempo (TDMA), esto quiere decir que a cada usuario se le
asigna un intervalo temporal denominado “slot”, en el que su información,
normalmente es de voz. Posteriormente en la estación se procesa para formar una
única corriente de información, GSM y es el que más se llegó a utilizar entre
las tres tecnologías de telefonía móvil (TDMA, GSM y CDMA), este sistema opera
a cualquiera de los 900MHz o 1800Mhz de banda de frecuencia.
Sistema GPRS (2.5G)
GPRS que viene de “Global Packet Radio System”. Es la
evolución del sistema GSM, permite a las redes celulares una mayor velocidad y
ancho de banda sobre el GSM. GPRS es un equivalente de ADSL para un teléfono
móvil, considerado de la generación 2.5. Este sistema permite una conexión de
alta velocidad y capacidad de datos y que esta disponible para navegar páginas
WAP, Wireless Application Protocol (protocolo de aplicaciones inalámbricas). El
pago en los servicios que nos ofrece este sistema corresponde con la cantidad
de datos que son descargados. GPRS también nos permiten navegar páginas a color
y tomar parte en mensajes multimedia. La gran mayoría de teléfonos móviles que
se lanzaron en el 2003 tiene acceso a la conexión GPRS. Se dice que este
sistema fue un puente para pasar a la tecnología UMTS
Sistema UMTS (3G)
UMTS que viene de “Universal Movile Tele Communications
System”, es un sistema de acceso múltiple por división de código de banda ancha
(WCDMA), UMTS nació con el objetivo de ser un sistema multi-servicio y
multi-velocidad, esto quiere decir que tiene suficiente flexibilidad para poder
adaptarse a transmisiones de datos de diferentes velocidades y requisitos
distintos, incluso permite a un usuario el acceso de diversas conexiones de
distintos servicios simultáneamente. Por ejemplo, un usuario puede estar enviando
un correo electrónico a la vez puede estar descargando archivos de la red, por
supuesto que esto dependerá de los servicios que le brinda el operador.
UMTS tiene esta capacidad y flexibilidad que se debe a
dos factores. El primero lo encontramos en el acrónimo de WCDMA. La letra W
hace razón a Wideband que significa banda ancha, UMTS tienes una banda ancha de
5MHz, esto hace la posibilidad de transferir datos a velocidades de hasta
2Mbps, gracias a esta velocidad podemos acceder a servicios como televisión
móvil, videoconferencias, servicios de mapas para la ubicación del usuario y
otros
Sistemas de comunicaciones móviles: de la tercera a la
cuarta generación
Cuando pensamos en transmisión de datos con el móvil
rápidamente nos vienen a la mente un montón de siglas del estilo a 3G, HSPA,
LTE, HSPA+, 4G, etc. Pero, ¿sabemos exactamente lo que significan y en qué
consisten estas tecnologías? En esta entrada vamos a explicaros su significado,
así como las características más importantes de estos sistemas de comunicaciones
móviles.
Sistemas de comunicaciones UMTS o 3G
Universal Mobile Tele communications System es una de
las tecnologías usadas por los móviles de Tercera Generación, que en España
solemos identificar directamente con 3G. Está desarrollado en base a las
especificaciones establecidas por el 3GPP (3rd Generation Partnership Project)
y se ha erigido como la primera tecnología de Banda Ancha móvil. La estructura
de UMTS está compuesta por dos grandes subredes, por un lado la de
telecomunicaciones y por otro la red de gestión.
Sistemas de comunicaciones HSPA (3,5G y 3,75G)
El término HSPA engloba tanto a HSDPA (High Speed
Downlink Packet Access) como aHSUPA (High Speed Uplink Packet Access), es
decir, hace referencia al acceso de paquetes de alta velocidad tanto en enlaces
ascendentes como descendentes. Estos estándares fueron definidos en la versión
5 de las especificaciones del 3GPP, como un servicio de paquetes de datos de
alta velocidad con picos teóricos máximos descendentes de 14 Mbps y ascendentes
de 5Mbps (del usuario hacia la Red), aunque en las primeras implementaciones
las velocidades reales fueron de entre 1 y 4 Mbps.
Sistemas de comunicaciones HSPA Evolutión
También conocido como HSPA+, corresponde a la versión 7
del estándar de comunicaciones del 3GPP. Surgió con la intención de explotar el
potencial de los enlaces CDMA (Code División Multiple Access), antes de
utilizar definitivamente sistemas basados en OFDM (Orthogonal Frequency División Multiplexing), para alcanzar rendimientos similares a los del futuro
sistema LTE (Long Term Evolution) en canales de 5 MHz, facilitar la
interoperabilidad y transición entre HSPA+ y LTE, permitir latransmisión de
VoIP y mantener la compatibilidad con las tecnologías anteriores. Para
conseguirlo, se emplean diversas técnicas:
También conocido como HSPA+, corresponde a la versión 7
del estándar de comunicaciones del 3GPP. Surgió con la intención de explotar el
potencial de los enlaces CDMA (Code División Multiple Access), antes de
utilizar definitivamente sistemas basados en OFDM (Orthogonal Frequency División Multiplexing), para alcanzar rendimientos similares a los del futuro
sistema LTE (Long Term Evolution) en canales de 5 MHz, facilitar la
interoperabilidad y transición entre HSPA+ y LTE, permitir latransmisión de
VoIP y mantener la compatibilidad con las tecnologías anteriores. Para
conseguirlo, se emplean diversas técnicas:
MIMO (Multiple Input Multiple Output): Envío y
recepción mediante múltiples antenas empleando varios canales de radio, por los
que se transmiten diferentes paquetes de datos.
CPC (Conectividad de Paquetes Continua): Cuando los
canales de datos de los usuarios no tienen información para transmitir, se
reduce la interferencia del canal de subida creada por los canales de control
del sistema.
Modulaciones de mayor orden de magnitud, como 64 QAM en
sentido descendente y 16QAM en el ascendente.
Con estas y otras técnicas es posible obtener
velocidades máximas teóricas de entre 42 y 84 Mbps con latencias por debajo de
50 ms. En sistemas comerciales reales algunas operadoras pretenden implantar
los 42 Mbps en sentido descendente y 11.5 Mbps en sentido ascendente durante 2011.
Sistemas de comunicaciones Long Term Evolution(LTE)
Su objetivo principal es proporcionar un acceso de
radiofrecuencia de alto rendimiento que permita altas velocidades de
transmisión y recepción en dispositivos móviles y que pueda coexistir con HSPA y
sistemas anteriores, permitiendo a las operadoras una rápida y sencilla
migración hacia esta nueva tecnología. LTE no cumple con los requisitos
establecidos por la ITU para su estándar IMT-Advanced o 4G (ver siguiente
apartado) y no ha superado los criterios mínimos de la ITU para poder tomar
esta denominación, de ahí que en algunos sitios se le considere como 3,9G.lte
Su objetivo principal es proporcionar un acceso de
radiofrecuencia de alto rendimiento que permita altas velocidades de
transmisión y recepción en dispositivos móviles y que pueda coexistir con HSPA y
sistemas anteriores, permitiendo a las operadoras una rápida y sencilla
migración hacia esta nueva tecnología. LTE no cumple con los requisitos
establecidos por la ITU para su estándar IMT-Advanced o 4G (ver siguiente
apartado) y no ha superado los criterios mínimos de la ITU para poder tomar
esta denominación, de ahí que en algunos sitios se le considere como 3,9G.lte
LTE emplea enlaces OFDMA (Orthogonal Frequency División Multiple Access) para minimizar las interferencias e incrementar la eficiencia
espectral, utilizando canales de tamaño variable entre 1.4 y 20 MHz. Algunas de
las capacidades de LTE incluyen velocidades máximas descendentes de 326 Mbps y
ascendentes de 86.4 Mbps con anchos de banda de 20 MHz y un incremento de la
eficiencia espectral respecto de HSPA de entre el 100 y el 200%.
También presenta una reducción de la latencia hasta los
10 ms, así como capacidad para la auto-optimización de los sistemas,
permitiendo reducciones importantes en los costes de operación
Sistemas de comunicaciones IMT-Advanced o 4G y
LTE-Advanced
La ITU (Unión Internacional de Telecomunicaciones)
estableció en 2008 los requisitos oficiales para el nuevo estándar IMT-Advanced
(International Mobile Tele communications-Advanced) o 4G. Entre ellos se
incluyen, por ejemplo, el del funcionamiento con canales de radio de más de 40
MHz, así como una eficiencia espectral extremadamente alta. 4g En concreto, la
ITU recomienda picos de eficiencia espectral de 15 bits por hercio en enlace
descendente y de 6.75 en el ascendente, con una tasa teórica máxima de 1 Gbpsen
movilidad de baja velocidad (usuario quieto o a pie) y de 100 Mbps en movilidad
de alta velocidad (usuario en vehículo).
La ITU (Unión Internacional de Telecomunicaciones)
estableció en 2008 los requisitos oficiales para el nuevo estándar IMT-Advanced
(International Mobile Tele communications-Advanced) o 4G. Entre ellos se
incluyen, por ejemplo, el del funcionamiento con canales de radio de más de 40
MHz, así como una eficiencia espectral extremadamente alta. 4g En concreto, la
ITU recomienda picos de eficiencia espectral de 15 bits por hercio en enlace
descendente y de 6.75 en el ascendente, con una tasa teórica máxima de 1 Gbpsen
movilidad de baja velocidad (usuario quieto o a pie) y de 100 Mbps en movilidad
de alta velocidad (usuario en vehículo).
Dado que ninguna tecnología actual cumple estos
requisitos, serán necesarias nuevas tecnologías como LTE-Advanced, que está
siendo desarrollada por el 3GPP y es considerada como la primera 4G. La nueva
revisión de LTE será compatible con los sistemas anteriores, ofreciendo altas
capacidades de transmisión con anchos de banda de más de 100 MHz, obtenidos
mediante agregación de canales de 20 MHz, tecnologías de antenas múltiples
basadas en MIMO y transmisiones coordinadas multipunto.
Más allá de las nuevas capacidades de transmisión,
LTE-Advanced permitirá alcanzar nuevas cotas de eficiencia espectral, llegando
a picos de 30 bits por hercio en canales de 40 MHz, con velocidades máximas
teóricas de 1 Gbps en sentido descendente y de 500 Mbps en sentido ascendente.
A continuación os pongo un pequeño esquema-resumen con
las cifras más importantes que muestran la evolución de los sistemas 2G a los
futuros 4G:
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