sábado, 24 de octubre de 2009

Redes Celulares: Pasado, Presente, y Futuro


Las comunicaciones móviles son el campo de más rápido crecimiento en la industria de las telecomunicaciones. Este artículo discute la historia, estado presente, y futuro de las redes celulares de radio.Tecnologías de Comunicaciones Móviles ExistentesEl sistema de red celular de radio facilita la movilidad en las comunicaciones. Los sistemas logran movilidad al transmitir datos a través de ondas de radio. Los siguientes son algunos ejemplos de sistemas de comunicaciones móviles actualmente en uso.Buscapersonas (Paging)Una forma simple y barata de comunicación móvil. Una antena o satélite envía mensajes cortos a los subscriptores. Los receptores comunmente son dispositivos tales como buscapersonas (beepers), que muestran los mensajes en una pantalla pequeña. La transmisión de datos en un sentido [11]. Los sistemas de buscapersonas están diseñados para proveer comunicaciones confiables a los subscriptores dondequiera que ellos estén. Esto necesita tranmisores de alta potencia y bajos tasas de transferencia de datos para una cobertura máxima del área designada para cada transmisor [7]. Satélites de ComunicacionesLos satélites consisten en grandes transpondedores que escuchan una frecuencia de radio particular , amplifican la señal, y luego la reemiten en otra frecuencia. Estos son dispositivos inherentemente de emisión. Una contra de los satélites es que tienen una demora de propagación grande debido a la distancia recorrida por las ondas de radio [11].Redes Celulares de RadioLas redes celulares están divididas en celdas, cada celda es servida por uno o más radio transceptores (transmisor/receptor). Las comunicaciones en una red celular es full duplex, donde la comunicación se logra al enviar y recibir mensajes en dos frecuencias diferentes (FDD por sus siglas en inglés - Frequency Division Duplexing). La razón para la topología celular de la red es permitir la reutilización de las frecuencias. Las celdas, separadas a una cierta distancia, pueden reutilizar las mismas frecuencias, lo cual asegura el uso eficiente de los recursos limitados de radio [11].Teléfonos PersonalesEl sistema de teléfono personal (PHS por sus siglas en inglés - Personal Handyphone System) es usa en Japón. Es similar a las redes celulares, sin embargo los teléfonos se pueden comunicar directamente unos con otros cuando están en rango. Esta es una ventaja sobre los teléfonos celulares, los cuales solo pueden comunicarse unos con otros a través de transceptores en una estación base. Este sistema es muy popular dentro de áreas metropolitanas densamente pobladas [3].Radio MóvilLa radio móvil es en muchas formas el predecesor de la red celular de radio. Mayormente es análoga, y hace uso de frecuencias únicas para enviar y recibir señales. La comunicación es en un sólo sentido a la vez (half duplex), y se debe presionar un botón para cambiar los modos. Se usan comunmnete para servicios de emergencia, el sector del transporte y la industria de la seguridad [3].Historia de las Redes Celulares de RadioEn 1946, se estableció el primer teléfono basado en automóvil en St. Louis, Missouri, EE.UU. El sistema usaba un único transmisor de radio en el techo de un edificio. Se usaba un único canal, de este modo requería que se presionara un botón para hablar, y que se soltara para escuchar [11]. Este sistema que transmite en un sólo sentido a la vez (half duplex) se usa todavía en los modernos sistemas de radio de Banda Ciudadana (CB) de estos días utilizados por la policía y los operadores de taxis. En los 1960s, el sistema fue mejorado a un sistema de dos canales, llamado el sistema teléfonos móviles mejorado (IMTS por sus siglas en inglés - Improved Mobile Telephone System ) [11]. Ya que las frecuencias eran limitadas, el sistema no podía soportar muchos usuarios.Los sistemas de radio celulares, implementados por primera vez en el sistema de telefónos móviles avanzado (AMPS por sus siglas en inglés - Advanced Mobile Phone System ), soporta más usuarios al permitir la reutilización de las frecuencias. AMPS es un sistema análogo, y es parte de los sistemas de radio celulares de primera generación. En contraste, los sistemas de segunda generación son digitales. En los EE.UU., se usan dos normas para los sistemas de segunda generación : IS-95 (CDMA) e IS-136 (D-AMPS) [11, 3]. Europa consolidó un único sistema llamado sistema global para comunicaciones móviles (GSM por sus siglas en inglés - Global System for Mobile communications ) [3]. Japón usa un sistema llamado celular personal digital (PDC por sus siglas en inglés - Personal Digital Cellular ).Nuestros DíasLa radio celular es el segmento de más rápido crecimiento de la industria de las comunicaciones [1]. Las compañías celulares reportaron una base de subscripción de más de 200 miliones de personas en 1997. Este número crece a un promedio de 150,000 nuevos subscriptores cada día [1].Debido a la temprana adopción de Europa de un único sistema, está liderando el campo tanto en la base de subscritores como en las capacidades de transmisón de datos. GSM se usa en más de 100 países por más de 215 operadores dentro y fuera de Europa [3]. El sistema PDC japonés el el segundo sistema celular más grande, seguido por los sistemas IS-54/136 e IS-95 usados en Norteamérica.Los sistemas de radio celular actuales están en su segunda generación (2G). La tercera generación de sistemas celulares (sistemas 3G ) permitirán que diferentes sistemas interoperen para obtener roaming global a través de distintas redes celulares de radio [13]. La Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU por sus siglas en inglés - International Telecommunication Union ) ha estado investigando en sistemas 3G desde mediado de los 1980s. Su versión de un sistema 3G se llama telecomunicaciones móviles internacionales - 2000 (IMT-2000 por sus siglas en inlés - International Mobile Ttelecommunications-2000).Los países europeos están investigando sistemas 3G bajo los auspicios de la Comunidad Europea [13]. Su sistema se conoce como el sistema móvil universal de telecommunicaciones (UMTS por sus siglas en inglés - Universal Mobile Telecommunication System ), teniendo los mismos objetivos que el sistema IMT-2000. Los sistemas 3G tienen los siguientes objetivos principales:Uso frecuencias globales comunes para todas las redes celulares.Movilidad (roaming) mundial.Normalizaciones de interfaces de radio.Altas tasas de transmisión de datos tanto para paquetes de datos conmutados o en circuito.Esquemas de utilización eficiente del espectro.¿Cómo trabaja?En la siguiente explicación, un teléfono celular o cualquier otro dispositivo que se puede conectar a una red celular de radio será referido como una estación móvil. Esto es así para mantener la nomenclatura con la literatura sobre el tema.Una red celular consiste tanto de secciones basadas en radio como en tierra. A tal red se la conoce comunmente como red pública móvil terrestre (PLMN por sus siglas en inglés - Public Land Mobile Network) [1]. La red está compuesta de las siguientes entidades:Estación móvil (MS por sus siglas en inglés - Mobile Station): un dispositivo usado para comunicarse en una red celular.Estación transceptora base (BST por sus siglas en inglés - Base Station Transceiver ): un transmisor/receptor usado para transmitir/recibir señales de la sección de radio de la red.Centro conmutador móvil (MSC por sus siglas en inglés - Mobile Switching Center): El corazón de la redel cual establece y mantiene las llamadas que se hacen en la red.Controlador de esatción base (BSC por sus siglas en inglés - Base Station Controller: controla las comunicaciones entre un grupo de BSTs y un único MSC.Red de telefonía pública conmutada (PSTN por sus siglas en inglés - Public switched telephone network ): La sección terrestre de la red.

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