|
Por Evelio Martínez
Publicado en la Revista RED , Septiembre-Octubre de 2004.
La segunda generación de telefonía
móvil
Debido a las ineficiencias en el método de acceso múltiple
FDMA empleado en la primer generación (1G) de la telefonía celular, se
propusieron nuevas alternativas para incrementar la cantidad de usuarios
simultáneos en una celda.
Aparece entonces diez años después TDMA y CDMA como
tecnologías predominantes de esta segunda generación (2G). La 2G se
caracteriza por ser digital, en vez de analógica como la 1G. Es decir, digital
porque los aparatos móviles y las radio bases eran capaces de modular,
codificar, etc. de manera digital, aunque las señales en el aire siguen y
seguirán siendo analógicas. La digitalización trajo consigo la reducción del
tamaño, costo y consumo de potencia en los dispositivos móviles, esto
permitió que las baterías que alimentan a los celulares tengan más horas
de duración. Otros de los beneficios de la digitalización en la telefonía
celular, son nuevos servicios tales como identificador de llamada, envío de
mensajes de cortos (SMS), mensajes de voz, conferencia tripartita, sólo por
mencionar algunos. Estos servicios dependen del proveedor de servicios y de las
funciones que soporte el teléfono.
Una nueva banda de frecuencias fue
abierta para permitir estos servicios y nuevos competidores. La banda de 1.9 GHz
(1,850 -1,990 MHz) conocida como PCS abrió nuevas expectativas para los
usuarios y muchas compañías telefónicas tomaron este término de PCS para
sus campañas publicitarias. En PCS están encasilladas tres tecnologías
básicamente: GSM, TDMA IS-136 y CDMA IS-95. Estas tres tecnologías
predominantes de la segunda generación se describen a continuación.
GSM
Europa empezó la era de la
telefonía celular con 5 interfaces de aire analógicas e incompatibles
entre sí. Para estandarizar todos estos sistemas en uno sólo, con roaming
transparente en todos los países, se crea GSM (conocido también como
Global System for Mobile Communications) por el organismo CEPT. En 1982 La
Comisión Europea emite una orden en la cual sugiere a los países miembros
reservar la banda de 900 MHz para GSM. En 1985, el CCITT creo una lista de
recomendaciones técnicas para el sistema GSM. En la actualidad las
especificaciones GSM son responsabilidad de la ETSI. En enero de 1992 la primer
compañía celular con GSM, Oy Radiolinja AB, empieza a operar en Finlandia.
La mayoría de los sistemas basados en GSM operan en la banda de 900
MHz y 1.8 GHz excepto en Norteamérica donde se opera en la banda de 1.9 GHz. El
sistema celular GSM 1900 ha estado operando en los Estados Unidos comercialmente
desde 1996.
|
GSM usa una combinación de FDMA y TDMA en un espectro total
de 25 MHz. FDMA divide esos 25 MHz en 124 frecuencias portadoras de 200 KHz cada
una. Cada canal de 200 KHz es entonces dividido en 8 ranuras de tiempo
utilizando TDMA. Bajo este esquema los sistemas GSM soportan velocidades de
hasta 9.6 Kbps.
En la actualidad GSM es la tecnología celular con
mayor penetración a nivel mundial, con más de 400 operadores en más de 170
países y superando los 650 millones de usuarios. Se proyecta que este
número de usuarios aumente a 1,400 millones para el 2005.
|
|
TDMA IS-136
TDMA Interim Standard 54
(IS-54) fue liberado por la TIA a principios de 1991. En 1994, la FCC de EUA
anunció la asignación de espectro para PCS en la banda de 1900 MHz y comienzan
una serie de subastas de esa banda. TDMA IS-136, conocido también como DAMPS
(Digital AMPS), es basado en la especificación IS-136, la cual es una revisión
de la versión original IS-54. Las especificaciones del TDMA IS-136 fueron
publicadas hasta 1994. TDMA IS-136 divide el ancho de banda de canal de 30 KHz
en tres ranuras de tiempo, incrementando en 3 veces la capacidad con respecto a
la versión analógica AMPS.
TDMA IS-136 permite velocidades de hasta
9.6 Kbps e incorpora una diversidad de servicios digitales y al mismo tiempo
puede coexistir con la red analógica AMPS en los 800 MHz.
PDC es otra
tecnología celular digital de segunda generación basada en TDMA que es
utilizada ampliamente en Japón. Este sistema fue introducido por el operador
japonés NTTDoCoMo en 1991 como un reemplazo de los antiguos sistemas
analógicos. Opera en las bandas de 800 y 1,500 MHz operando a velocidades de
hasta 9.6 Kbps.
CDMA IS-95
CDMA es una forma
particular de la tecnología conocida como espectro esparcido (spread
spectrum) y data de los años 40s y era usada para comunicaciones militares por
su inmunidad a la interferencia y alta seguridad. En los 70s y 80s fue creciendo
el interés en aplicaciones comerciales, principalmente en telefonía
celular. A finales de los 80s y principios de los 90s, la compañía
Qualcomm desarrolló un sistema celular basado en CDMA. En 1993 el sistema de
Qualcomm fue modificado y adoptado por la TIA como el Interim Standard 95
(IS-95) conocido también como cdmaOne. Muchos operadores adoptaron este
estándar en las bandas de 800 y 1900 MHz. En 1995 finalmente fue el lanzamiento
del primer sistema comercial basado en CDMA IS-95A en Hong Kong por el operador
Hutchison Telecom. CDMA IS-95 (cdmaOne) soporta servicios de datos en
conmutación de circuitos a velocidades de 9.6 Kbps a 14.4 Kbps. El protocolo
IS-95A soporta velocidades de hasta 14.4 Kbps. El protocolo IS-95B (basado en
conmutación de paquetes), el cual es una paso transicional hacia la siguiente
generación, ofrece velocidades de datos de hasta 64 Kbps manteniendo
compatibilidad hacia atrás con los sistemas existentes de IS-95A. Con CDMA se
incrementa la capacidad del sistema de 10 a 15 veces comparado con AMPS y más
de tres veces comparado con los sistemas basados en TDMA. A parte de la
eficiencia en espectro, CDMA ofrece capacidades de seguridad y privacidad al
incorporan un sistema criptográfico de autenticación. A diferencia de ancho de
banda de canal de los sistemas GSM y TDMA, CDMA utiliza un espectro de 1.25 MHz
donde todos los usuarios pueden tener acceso a éste. En la actualidad los
usuarios de CDMA suman mas de 100 millones en el mundo.
En el caso de
México, TELCEL opera su red celular bajo TDMA, el resto de los operadores
celulares (e.g. Pegaso, Movistar, Unefon, Iusacell) tiene su red bajo la
tecnología CDMA.
Conmutación de circuitos versus conmutación de
paquetes
Muchas de las redes y tecnologías celulares están
basadas en conmutación de circuitos. Este tipo de redes establece circuitos
continuos de transmisión que permiten a la red enrutar datos a una localidad
especifica. La conmutación de circuitos requiere de un canal dedicado, incluso
cuando no se estén enviando datos. Las redes de conmutación de circuitos
permiten a los operadores celulares la transmisión de voz y datos a velocidades
de hasta 14 Kbps.
Las redes de conmutación de paquetes trabajan de
manera diferente a la conmutación de circuitos. Con conmutación de paquetes se
envían y reciben ráfagas de datos. Cada ráfaga contiene un número
secuencial permitiendo la recreación de bloques de datos una vez que todos los
datos son enviados. Un canal es ocupado sólo por la duración de la
transmisión de los datos en vez de usarse de manera continua. Las redes de
conmutación de circuitos permiten a los operadores celulares la transmisión de
voz y datos a velocidades desde 64 Kbps hasta 2 Mbps.
| Tabla
1 Comparación entre las tecnologías inalámbricas
|
| Tecnología |
Generación |
Tipo de transmisión |
Velocidad máxima |
| TDMA IS-136 |
2G |
Conmutación de circuitos |
9.6
Kbps |
| GSM |
2G |
Conmutación de circuitos |
9.6
Kbps |
| PDC |
2G |
Conmutación de circuitos |
9.6
Kbps |
| CDMA IS-95A |
2G |
Conmutación de circuitos |
14.4
Kbps |
| CDMA IS-95B |
2G |
Conmutación de paquetes |
64
Kbps |
| GPRS |
2.5G |
Conmutación de paquetes |
115
Kbps |
| EDGE |
2.5G |
Conmutación de paquetes |
384
Kbps |
| CDMA 2000 1X |
2.5G |
Conmutación de paquetes |
144
Kbps |
| CDMA 2000 |
3G |
Conmutación de paquetes |
2.0
Mbps |
| WCDMA |
3G |
Conmutación de paquetes |
2.0
Mbps |
El camino hacia 3G
Fabricantes y
operadores celulares han estado trabajando intensamente para desarrollar nuevas
tecnologías para la siguiente generación de los sistemas inalámbricos. La
decisión inicial de escoger la tecnología de acceso múltiple es muy
importante, ya que de esta depende la rápida implantación de la
tecnología [CDMA vs. TDMA] al menor costo. El moverse de una generación a
otra [2G a 3G, por ejemplo] implica en la mayoría de los casos una nueva
infraestructura de red para la nueva interface de aire, planeación de radio
bases y modificaciones al corazón y dorsal de la red. Esto implica el
desembolso de grandes sumas de dinero por parte de los inversionistas y cuya
recuperación retornará en muchos años, si es que los planes de negocios son
los adecuados. Los operadores cuya tecnología está basada en CDMA comentan
que su migración a la siguiente generación será menos costosa que los
sistemas basados en TDMA/GSM. Es por eso que operadores bajo TDMA optaron por
hacer una transición más suave al implementar servicios de datos con redes de
conmutación de paquetes a velocidades de 384 Kbps [EDGE] y 115 Kbps [GPRS]. A
esta transición suave se le conoce como generación 2.5G. Estos sistemas 2.5G
pueden aprovechar mucha de la infraestructura existente de la 2G para ofrecer
nuevos servicios de datos.
Los nuevos estándares basados en IS-136 como
IS-136+ y IS-136HS permiten transmisiones a mayores velocidades de información
tal es el caso de EDGE y GPRS. Estas nuevas tecnologías de conmutación de
paquetes pueden ser superpuestas sobre las redes existentes de TDMA/GSM
permitiendo al sistema mantener su compatibilidad hacia atrás. GPRS utiliza 8
ranuras de tiempo por cada canal de 200 KHz y puede transportar paquetes basados
en IP a velocidades de hasta 115 Kbps.
A pesar de que los servicios de
GPRS ya tienen tiempo brindándose en Europa estos no han sido bien acogidos por
los usuarios. Al final del 2001, más del 50 de los 76 operadores de Europa del
este han lanzado sus redes GPRS y cerca del 3.3 millones de dispositivos GPRS
han sido vendidos, pero sólo 1 millón de personas (31% de los cuales tienes
dispositivos GPRS) usaron servicios de datos basados en paquetes, equivalente al
1.2 % de todos los suscriptores móviles. Aunque estas cifras son mejores en
otros países, la penetración de dispositivos bajo otras circunstancias
podría ser realísticamente cerca del 2% (alrededor de 5 millones de
dispositivos) con al menos 45% de los propietarios de dispositivos de GPRS
utilizando servicios de datos basados en paquetes. La otra tecnología de
2.5G conocida como EDGE pretende mejorar el caudal eficaz por ranura de tiempo
de GPRS para soportar velocidades de hasta 384 Kbps utilizando los mismos 200
KHz por canal definidos en las redes GSM.
Los sistemas basados en CDMA
en cambio no tienen esas limitantes de ancho de banda de canal de TDMA [30 KHz]
y GSM [200 KHz]. Desde el principio se definió un ancho de banda de 1.25 MHz
que seria compartido entre todos los usuarios. La siguiente generación de las
redes bajo CDMA será en dos fases. La primer fase conocida como CDMA 2000 1X y
la segunda conocida como CDMA 2000 3X. El término "1X" y "3X" se refiere a
número de canales usados de la interface de aire con ancho de banda de 1.25
MHz. CDMA 2000 1X permitirá a los sistemas basados en CDMA mejorar los
servicios de datos al brindar servicios de datos basados en IP a velocidades de
hasta 144 Kbps en un canal de 1.25 MHz. A través de mejoras en la modulación y
mejor control de potencia, estos sistemas podrán doblar la capacidad de los
sistemas anteriores IS-95. Los servicios de CDMA 2000 1X ya están en operación
en varios países como Corea del Sur, Japón, Estados Unidos, Australia,
China y Nueva Zelanda, pero operadores de países de Europa, Asia y
Latinoamérica piensan adoptarlo muy pronto.
¿Y la 3G,
cuando?
La ITU definió a la tercer generación de servicios
móviles (conocida como 3G) en base a diferentes velocidades de información las
cuales permitirán la transmisión de voz, datos e imágenes en movimiento. Para
brindar estos servicios deberán de alcanzarse velocidades de hasta 144 Kbps
para ambientes en movimiento (por ejemplo dentro de vehículos en marcha);
deben de alcanzarse velocidades de hasta 384 Kbps en ambientes de baja velocidad
(peatones en movimiento) y deben alcanzarse hasta 2 Mbps en ambiente
estacionarios o en interiores. Operadores celulares que no cumplan con estos
requisitos no podrán estar dentro de la tercer generación.
Los
operadores basados en TDMA/GSM como CDMA prometen llegar a la 3G, sí,
¿pero cuando?. Para los sistemas basados en TDMA/GSM ésta migración será
más costosa [pasando por GPRS y EDGE] y al final de cuentas tendrán que llegar
a un sistema basado en CDMA que se le conoce como WCDMA (Wide CDMA o CDMA de
banda ancha). Para los sistemas basados en CDMA la migración será más suave
hasta llegar a un estándar conocido como CDMA 2000. El 2000 era porque ese era
el año en que se iba a liberar la tecnología, pero hasta la fecha siguen
en ese intento. Los primeros servicios de CDMA 2000 fueron introducidos en Corea
de Sur en el 2001 sirviendo a más de 1 millón de suscriptores, pero se planea
llevar estos servicios de 3G a otras latitudes. Por otro lado, el operador
NTTDoCoMo adelantándose por liberar un sistema de tercer generación lanzó al
mercado japonés un sistema de tercer generación conocido como FOMA basado en
WCDMA que permite velocidades de información de hasta 384 Kbps. En México
recientemente Iusacell lanzo la tecnología CDMA2000 1X (144 Kbps), que es
la fase 1 de la tercer generación.
Conclusión
Las
velocidades de 3G definidas por la ITU no han sido superadas todavía, sólo
NTTDoCoMo va a la delantera al ofrecer un servicio de paquetes de datos con
velocidades de hasta 384 Kbps. Pero para que se alcance la última etapa de los
2 Mbps han de pasar unos años más y por ahí se habla de una 4G y de una 5G.
La elección de la mejor tecnología para proveer mejores servicios
a bajo costo es primordial para los operadores de servicios inalámbricos. Las
inversiones que se están realizando por parte de los operadores, tanto en
infraestructura como la adquisiciones de nuevas frecuencias, son muy altas y la
mayoría de ellos no han recuperado la inversión de la segunda generación
y ya viene otra en camino. Hay que tomar muy en cuenta las necesidades de los
usuarios quienes son a última hora los que deciden el éxito y el fracaso de
cualquier tecnología.
| GSM World |
http://www.gsmworld.com/ |
| ITU-T IMT-2000 |
http://www.imt-2000.org/portal/ |
| Qualcomm |
http://www.qualcomm.com |
| Cellular News |
http://www.cellular-news.com |
| 3G News Room |
http://www.3gnewsroom.com/ |
| NTT DoCoMo |
http://www.nttdocomo.co.jp/english/ |
| CDG |
http://www.cdg.org/ |
| AMPS |
Advanced Mobile Phone
Service |
| DAMPS |
Digital AMPS |
| CCITT |
Consultative Committee
of International Telegraph and Telephones |
| CDMA |
Code Division Multiple
Access |
| CEPT |
Conference of European
Post and Telecommunications |
| EDGE |
Enhanced Data Rates for
Global Evolution |
| ETSI |
European
Telecommunications Standards Institute |
| EUA |
Estados Unidos de
América |
| FDMA |
Frequency Division
Multiple Access |
| FCC |
Federal Communications
Commission |
| FOMA |
Freedom of Mobile
Multimedia Access |
| GPRS |
General Packet Radio
Service |
| GSM |
Groupe Spécial
Mobile |
| IP |
Internet
Protocol |
| ITU-T |
International
Telecommunication Union |
| PCS |
Personal Communications
Services |
| PDC |
Personal Digital
Cellular |
| SMS |
Short Messages
Service |
| TDMA |
Time Division Multiple
Access |
| TIA |
Telecommunications
Industry Association |
Otros enlaces relacionados con Telefonía Celular en esta Página
|
.png)
