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.
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.
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.