7.3.- Telefonía Móvil Celular

Introducción

En la evolución de las redes de telecomunicaciones, la estrategia actual es dotar a los usuarios de movilidad, de forma que puedan comunicarse desde cualquier lugar. Ello es posible mediante el empleo de las ondas de radio para establecer el enlace entre los elementos a comunicarse. A continuación se describe el concepto celular por ser la base de la mayoría de los sistemas de telefonía vía radio.

Teléfono Motorola

Los sistemas celulares fueron creados por los laboratorios Bell (AT&T) hace más de cincuenta años. Un sistema celular se forma al dividir el territorio al que se pretende ofrecer servicio, en áreas pequeñas o celdas (normalmente hexagonales), de menor o mayor tamaño, cada una de las cuales está atendida por una estación de radio (antena). A su vez las celdas se agrupan en clusters o racimos, de forma que el espectro de frecuencias se pueda utilizar en cada celda nueva, teniendo cuidado de evitar las interferencias.

Las estructuras que permiten, de forma ininterrumpida, la cobertura de una zona determinada son configuraciones a modo de panal de abejas basadas en 4, 7, 12 o 21 celdas. El número total de canales por celda se obtiene por la fórmula siguiente, N=(Nº total de canales)/( cluster (4, 7, 12, 21)). Al ser menor el tamaño de las celdas mayor será el número de canales que soporte el sistema.

CELDAS TELEFONÍA MÓVIL CELULAR

La siguiente tabla muestra la primera generación de sistemas celulares, que se desarrollaron bajo tecnología analógica:


Sistema
País
Nº Canales
Espaciado (kHz)
AMPS EE.UU. 832 30
C-450 Alemania 573 10
ETACS Reino Unido 1240 25
JTACS Japón 800 12.5
NMT-900 Escandinavia 1999 12.5
NMT-450 Escandinavia 180 25
NTT Japón 2400 6.25
Radiocom-2000 Francia 560 12.5
RTMS Italia 200 25
TACS Reino Unido 1000 125

Sistema NMT

Las primeras generaciones de este tipo de comunicaciones eran sistemas analógicos, tales como NMT, TACS, AMPS, etc., con una amplia difusión. Posteriormente surgieron sistemas digitales, como GSM y UMTS en Europa, DAMPS en EE.UU. y JDC y PHP en Japón.

En España la "telefonía móvil automática" o TMA se comercializó en el año 1982 en la banda de frecuencia de 450 MHz, tomando como referencia el modelo nórdico NMT. Debido al éxito del mismo y a la saturación del espectro, Telefónica implantó la modalidad de 900 MHz.

El sistema NMT ( Nordic Mobile Telephony) surgió en los países escandinavos en 1981, es ideal para cubrir la mayor extensión de terreno con la menor inversión. La versión NMT 900 permite un mayor número de canales.

Sistema TACS

El sistema TACS 900 adaptado en Inglaterra el año 1985, tenía su origen en el sistema analógico AMPS americano desarrollado por los laboratorios Bell y comercializado en EE.UU en 1984. Con este sistema se obtiene una mejor calidad del servicio, al mismo tiempo que mejora la relación señal/ruido por tener una mayor anchura de canal. Además emplea equipos más pequeños y baratos.

El sistema TACS ( Total Access Communications System) 900 conocido como TMA 900, es del mismo tipo que el anterior, analógico multiplexado en frecuencia, pero diferente por utilizar una tecnología mucho más avanzada y barata, dando mejor calidad de audio, así como una mejor conmutación al pasar de una a otra célula, ya que la señalización se realiza fuera de banda, al contrario que NMT, que lo hace dentro de ella, resultando casi imperceptible el ruido para el usuario, sin embargo sus estaciones base cubren un rango menor. Emplea la banda de frecuencia de los 900 MHz y cada MHz se divide en 40 semicanales de 25 kHz, por lo que resulta extremadamente útil, por su gran disponibilidad de canales, para cubrir áreas urbanas. Dispone de 1320 canales duplex, de los que 21 se dedican exclusivamente a control (señal digital) y el resto para voz (señal analógica).

Sistema GSM

El GSM (Groupe Spécial Mobile), surgió del intento europeo de unificar los 10 sistemas diferentes existentes, en uno solo, el CEPT (año 1982). La principal ventaja de este sistema es que permite realizar o recibir llamadas en cualquier país europeo, aún estando en tránsito por ellos, el teléfono se registra automáticamente en la siguiente red GSM al cambiar de un país a otro, quedando disponible para su utilización. Al ser criptografiadas todas las conversaciones, tiene ventaja, la mayor seguridad frente a escuchas (aunque se ha logrado descriptografiar este tipo de comunicaciones). Otras ventajas son: su menor consumo de energía, celdas más pequeñas y la utilización del espectro de forma más eficiente.

La existencia de competencia por parte de otras operadoras, Vodafone, Orange(inicialmente Amena, marca renacida en la actualidad) y Yoigo, aparte de las "operadores móviles virtuales" (OMV) como Carrefour, Dia, Ono, Symio y EroskiMovil, entre otras muchas, ha dado lugar a que las tarifas hayan bajado bastante.

Otras tecnologías

Respecto a la tecnología más implantada actualmente, UMTS, en España la ofrecen todas las operadoras. El siguiente enlace es al Libro Blanco sobre UMTS.

A la red GSM se le añadieron otras funcionalidades, antes de la implantación completa de UMTS. Nuevas tecnologías como HSCSD, GPRS y EDGE

HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) se basa en circuitos conmutados de alta velocidad, proporciona una velocidad de bajada de 58 kbit/s. Permite acceder a varios servicios simultáneamente. Es parecida a la RDSI usada en los principios de internet en España, como servicio de altas prestaciones.

GPRS (General Packet Radio Service) puede llegar a velocidades de 115 kbit/s. Al contrario que HSCSD que para su implantación requiere únicamente de actualización software, GPRS necesita de un hardware específico para el enrutamiento a través de una red de datos.

EDGE (Enhaced Data rates for GSM Evolution) nos acerca a las capacidades que otorga 3G en la comunicación. En combinación con GPRS puede alcanzar velocidades de 384 kbit/s

Las empresas de desarrollo y creadoras de contenidos se volcaron en el desarrollo de aplicaciones WAP (páginas web accesibles desde la red celular) aunque la expansión fue mucho menor de la esperada, posiblemente por las tarifas tan elevadas de la telefonía móvil. Además que la aparición de teléfonos GPRS y UMTS ha restó muchos usuarios a WAP.

WAP acercó en sus comienzos a los usuarios a la utilización de servicios de internet, el posicionamiento en esta tecnología ayudó al éxito en el desarrollo de proyectos UMTS. Por lo tanto no hay que ver únicamente a WAP como una tecnología pasarela a UMTS sino que además es una introducción de todas las partes (usuarios, operadoras, empresas, etc..) a servicios móviles en redes.

Posteriormente al UMTS se implantó la tecnología HSDPA ( High Speed Downlink Packet Access) es la optimización de la tecnología espectral UMTS/WCDMA, incluida en las especificaciones de 3GPP 5 y consiste en un nuevo canal compartido en el enlace descendente que mejora significativamente la capacidad máxima de transferencia de información hasta alcanzar tasas de 14 Mbps. Soporta tasas de throughput promedio cercanas a 1 Mbps. Es la evolución de la tercera generación (3G) de tecnología móvil, llamada 3.5G, y se considera el paso previo antes de la novedosa cuarta generación (4G o LTE que son competidoras de WIMAX), la futura integración de redes, ya disponible en las principales ciudades de España través de las operadoras más importantes.

4G

Es la cuarta generación de la tecnología inalámbrica disponible en los proveedores de servicios móviles. Esta tecnología, también a veces llamada "banda móvil ultra ancha", está diseñada para proporcionar mayores velocidades de transferencia de datos y conexiones más seguras. Varios dispositivos inalámbricos pueden tomar ventaja de la tecnología 4G, principalmente los teléfonos y tabletas. Al principio surgió controversia sobre el uso de "4G",ya que algunos adoptantes tempranos no cumplían con los requisitos de la norma tecnológica.

Propósito de 4G. Representa la tecnología con las tasas más rápidas de transmisión de datos, disponible en una red inalámbrica. La tecnología 4G puede proporcionar velocidades de transmisión de datos entre los 100 megabits por segundo (Mbps) y un Gbps. En comparación, las redes 3G o de tercera generación ofrecen velocidades de transmisión de datos promedio de alrededor de 200 kbps, que es significativamente más lenta que disponible con la tecnología 4G. Las conexiones de red en 4G también pueden ser más precisas en movimiento, cuando las ubicaciones de los usuarios y las torres de las antenas operan a una tasa de cambio constante. Por ejemplo, cuando un usuario se desplaza en un coche, 4G funciona más eficazmente que las tecnologías anteriores. Esta conexión más rápido , más preciso puede permitir la transmisión de paquetes de datos más grandes que las redes 3G. Los usuarios pueden acceder a las aplicaciones que cada vez son más "pesados", tales como señales de televisión de alta definición (HD) y de videochat en tiempo real.

Dispositivos con 4G. El servicio de telefonía 4G puede utilizar módems, teléfonos móviles y otros dispositivos como ordenadores portátiles. Los hotspots móviles ofrecen conexiones inalámbricas para múltiples dispositivos, incluyendo ordenadores, tabletas, y consolas de juegos portátiles, con esta tecnología, los usuarios puedan descargar y utilizar aplicaciones de gran tamaño en cada dispositivo al mismo tiempo. Un netbook o tableta podrían funcionar de forma similar a un ordenador portátil, pero con menor memoria, pues 4G ofrece acceso instantáneo a internet y las comunicaciones web son en tiempo real.

Polémica por la norma. Los desarrolladores han establecido ciertas normas para las capacidades de alto rendimiento de la tecnología 4G, de conformidad con las dictadas por la Unión Internacional de Comunicaciones - Radio (UIT-R). Mientras que las empresas a principios de este siglo aún no habían alcanzado los estándares necesarios para la tecnología 4G, algunos empezaron a usar "4G" para describir sus redes. Esto fue mal visto inicialmente, pero en última instancia se permitió siempre y cuando la tecnología utilizada allanara el camino para un verdadero rendimiento 4G. Nuevos sistemas como WiMax móvil y Long Term Evolution (LTE) se conocen como "4G", aunque no lleguen a los puntos de referencia de rendimiento que figuran en las normas del UIT-R.

Las tecnologías inalámbricas

La primera generación de la tecnología inalámbrica disponible, 1G, se refiere a la señal analógica utilizada por torres celulares en la década de 1980. Tecnología 2G en la década de 1990 elevó la señal analógica a digital y que la gente enviar mensajes de texto a través de la red. La tecnología 3G, en la década de 2000, hizo uso de las ondas electromagnéticas para transmitir una señal de banda ancha inalámbrica, que permite a los usuarios acceder a internet y descargar aplicaciones que utilizan los dispositivos móviles de mano. La tecnología 4G actualiza aún más estas redes con tiempos más rápidos de transferencia de información, seguridad aumentada, y mayores capacidades de intercambio de información. Actualmente ya se está desarrollando la quinta generación, 5G, que es posible que se implante en 2020.

La gran difusión de los teléfonos móviles, ha dado lugar a innovaciones, por ejemplo, mediante un conjunto de " chips" se puede convertir un móvil en un control remoto universal para aparatos electrodomésticos. Posteriormente se han comercializadomóviles con esta capacidad. Y otras dirigidas al mundo multimedia, actualmente son habituales los teléfonos con sistema deposicionamiento global (GPS), cámara fotográfica y prestaciones musicales avanzadas. Como consecuencia recientemente se han empezado a comercializar teléfonos con sistemas de almacenamiento masivo tipo SSD, que además incluyen transmisor de radio FM, salida de televisión, altavoces duales y pantalla de cristal líquido. Han surgido diversas tecnologías para efectuar pagos mediante el teléfono móvil, aunque han tenido poco éxito.

Al concluir en muchos países las emisiones de televisión analógica, queda una banda del espectro electromagnético libre, que se puede dedicar a la telefonía móvil celular, principalmente para facilitar los accesos a internet desde el móvil. Por ejemplo en EE.UU., ha quedado libre la banda de los 700 MHz, que se ha dedicado a la nueva tecnología de comunicaciones móviles, conocida como LTE (cuarta generación o 4G), que su amplia difusión será el siguiente paso en la mayoría de operadores de telefonía, adaptada por empresas como Teléfonica, Vodafone, Orange, T-Mobile, AT&T, Verizon, NTT Docomo.... También puede suponer un cambio importante en la electrónica de la telefonía móvil celular, al implantarse bajo semiconductores de arseniuro de galio (AsGa)

Antenas y salud

Respecto a la alarma creada por grupos ecologistas, sin ninguna base científica, sobre la rediación dañina y supuestamente productora de cáncer, no hay ninguna base científica que la soporte, y así ha sido reconocido por la Organización Mundial de la Salud (OMS). La radiación de la telefonía móvil celular es no ionizante, por lo tanto no puede romper los enlaces del ADN. En los siguientes enlaces se tiene información seria:

Joseba Zubia, físico de la UPV, habla de Ondas electromagnéticas y salud.

Ondas elecromagnéticas y salud from Luis Alfonso Gámez on Vimeo.


El 19 de julio de 2007 la Unión Europea emitió un informe sobre radiación electromagnética por parte del comité de salud humana. Se puede acceder a dicho informe en:

http://ec.europa.eu/health/ph_risk/committees/04_scenihr/docs/scenihr_o_006.pdf

En la web de ARP SAPC, hay un estudio monográfico denominado Antenas y Salud:

http://www.arp-sapc.org/articulos/antenasindex.html

Por otra parte, Ferrán Tarrasa dió una estupenda conferencia denominada "Telefonía móvil, desmontando mitos". Se puede acceder a su presentación en:

http://www.slideshare.net/giskard/telefona-mvil-y-salud-desmontando-mitos

El informe Moulder es muy completo y también descarta los efectois nocivos sobre la salud. http://www.um.es/docencia/barzana/FIS/Moulder-tef-celular.html


Enlace recomendado: Teléfonos móviles como pluviómetros


NFC

Near Field Communication (NFC) es una tecnología emergente que promete convertirse en favorecedora de un gran cambio en la industria, tanto a nivel tecnológico y económico. Muchas de las aplicaciones que usamos todos los días - como tarjetas de crédito, llaves del coche, billetes, tarjetas de salud y tarjetas de acceso en habitación de hoteles - podrían dejar de existir, pues los teléfonos móviles con NFC pueden proporcionar todas estas funcionalidades. Al mismo tiempo, se generará una amplia gama de aplicaciones en el ámbito de la salud, la educación y el entretenimiento, por medio de carteles inteligentes que es el área de uso más común de la tecnología NFC. Emparejar dispositivos Bluetooth, intercambio de tarjetas de visita, hacer nuevos amigos en redes en línea (Twitter, Facebook, etc. ) y los juegos también son posibles implementaciones de esta tecnología. El fácil intercambio de datos entre dos dispositivos compatibles con NFC ofrece la posibilidad de intercambio seguro de información privada e importante.

El ecosistema NFC está diseñada con base en la sinergia de varias tecnologías, incluyendo comunicaciones inalámbricas, dispositivos móviles, aplicaciones móviles y las tecnologías de tarjetas inteligentes. NFC opera entre dos dispositivos en un rango de comunicación de corto alcance a través de un paradigma de "toque". Requiere la aproximación de dos dispositivos compatibles con NFC junto a una distancia de unos pocos centímetros. La comunicación se produce entre un dispositivo móvil NFC en un lado y una etiqueta NFC (una etiqueta RFID pasiva o tag), un lector de NFC, o un dispositivo móvil NFC en el otro lado; RFID es capaz de aceptar y transmitir más allá de unos pocos metros y tiene una amplia gama de usos. Sin embargo, NFC está restringido el uso en proximidad (hasta unos pocos centímetros) y también diseñado para la transferencia segura de datos, por lo que se usa para pagos mediante el teléfono.

Actualmente, la integración de la tecnología NFC en los teléfonos móviles se considera una solución práctica, ya que casi todo el mundo lleva un teléfono móvil.

BLUETOOTH

La tecnología Bluetooth se elabora en un chip que se integra en los diferentes equipos que conforman el entorno inalámbrico actual, como ordenadores portátiles, periféricos (ratón, impresoras...), PDA o teléfonos móviles, así como el futuro, en el que se contemplan, además de estos equipos clásicos del ámbito de la comunicación y la informática, otros del ámbito de la domótica. Se tiene así lo que se conoce como productos Bluetooth.

El punto clave del chip es el transceptor, que ha de ser de muy pequeño tamaño (para no aumentar las dimensiones y poder integrarlo con facilidad en los productos) y de muy baja potencia. Otra parte del chip es el circuito integrado de radiofrecuencia. Este circuito integrado tiene capacidad de autorregulación, lo que confiere un factor de ahorro de potencia, característica que es consustancial a las tecnologías inalámbricas en distancias cortas. En concreto, en el chip Bluetooth el consumo es menor del 3% de la potencia que consume un teléfono móvil.

El mecanismo de autorregulación funciona de la siguiente forma: cuando se detecta un receptor a una distancia corta el transmisor del circuito integrado es capaz de alterar la potencia de su propia señal para adaptarla al nivel adecuado; cuando se interrumpe la transmisión o disminuye el tráfico el sistema pasa a un estado de baja potencia. En este estado la verificación de conexión se realiza mediante una serie de señales cortas, es decir, se detectan, de forma periódica, los mensajes de búsqueda.

Bluetooth utiliza spread spectrum, en concreto frequency hopping (salto de frecuencia). Estos sistemas de salto de frecuencia dividen la banda de frecuencia en varios canales de salto (hopping). En el transcurso de una conexión se produce una transición brusca o salto de los transceptores de radio de un canal a otro de modo pseudoaleatorio. En sistemas FH, el ancho de banda instantáneo es relativamente reducido, si bien, hablando en términos generales, la dispersión o spread se obtiene a lo largo de la banda de frecuencias completa. Esto da lugar a transceptores de banda estrecha y de coste reducido que se pueden considerar óptimos en ley relativo a inmunidad frente a perturbaciones. Para soslayar este factor se dispone de programas de corrección de errores cuya misión es el restablecimiento de los bits de error.

Los enlaces en la capa de banda base de la pila de protocolos en Bluetooth, es decir, los posibles enlaces físicos son SC (Synchronous Connection Oriented) para voz y ACL (Asynchronous Connectionless Link) para paquetes de datos. Los paquetes ACL se utilizan únicamente para información en forma de datos, mientras que SCO utiliza paquetes que contiene solamente audio o bien una combinación de audio y datos. Los paquetes en Bluetooth son de formato fijo: contienen un campo de código de acceso con el que se identifica el paquete, una cabecera dedicada a información de control y un campo de carga alternativo.

La codificación de voz se realiza mediante la técnica de modulación CVSD (Continuosly Variable Slope Delta) o modulación continua de inclinación delta, con lo que se consigue un buen nivel de inmunidad a errores de hit, que aparecen como un ruido de fondo. Los mecanismos de seguridad consisten en esquemas de autenticación (el proceso de probar la identidad de un cliente/usuario) basados en un mecanismo de exigencia-respuesta y de encriptación basada en cifrado al nivel básico.

Bluetooth funciona en una topología de varias picorredes (redes de corto alcance) con las que se pueden obtener conexiones punto a punto y punto a multipunto. De momento, se ha conseguido crear y enlazar de forma ad-hoc hasta 10 picorredes, donde todos los equipos que se encuentran en una misma picorred aparecen sincronizados.

El concepto de picorred es clave en Bluetooth: se define como la red formada por dos o más unidades o equipos que compraten un canal. Una unidad controla el tráfico y las otras funcionan como elementos subordinados. Las picorredes pueden, a su vez, enlazarse siguiendo una arquitectura tipica del escenario inalámbrico que se utiliza habitualmente para generar flujos de comunicación mutua entre equipos inalámbricos y que normalmente se crea de forma espontánea sin necesitar un punto de acceso como parte integrante de la red. Un grupo de picorredes enlazadas constituye una red de dispersión. El ancho de banda asociado a Bluetooth, que es de un Mbps, puede llegar a extenderse hasta incluso más de seis Mbps con una topología de 10 picorredes enlazadas. El enlace de radio físico entre las diferentes unidades que forman una picorred se realiza mediante los protocolos que conforman las capas de banda base y de enlace.

Telefonía móvil 2013 from Benedict Evans