Fundamentos y Evolución de las Telecomunicaciones Móviles: De 1G a LTE-Advanced

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Fundamentos de Redes Inalámbricas y Radiofrecuencia (RF)

Mecanismos de Acceso y Optimización en WLAN

  • VSC (Virtual Carrier Sense): Mecanismo utilizado para evitar colisiones cuando dos estaciones intentan acceder al medio simultáneamente. Emplea los mensajes RTS (Request To Send) y CTS (Clear To Send).
  • VCS (Virtual Carrier Sense): Permite que dos equipos ocultos por distancia puedan comunicarse a través del Punto de Acceso (AP).
  • WLAN 2.4 GHz: Utiliza 14 canales, cada uno de 22 MHz de ancho de banda, separados a 5 MHz, lo que resulta en canales traslapados.
  • Mejor Canal: Aquel que presenta la menor cantidad de redes activas y la señal más baja (menor interferencia).
  • SNR (Signal-to-Noise Ratio): Diferencia en el nivel de señal útil y el ruido de piso (noise floor).
  • DFS (Dynamic Frequency Selection): Mecanismo que cambia automáticamente de canal cuando detecta mucha interferencia (común en bandas de 5 GHz).
  • Beamforming: Uso de antenas inteligentes que optimizan la transmisión, dirigiendo la señal hacia una dirección específica.
  • Bluetooth: Opera en la banda de 2.45 GHz (canal RF).

Conceptos Históricos y Físicos

  • Rudolf Hertz: Demostró que las ondas electromagnéticas viajan en el aire libre y el vacío.
  • BXE/S = U*T: (Fórmula sin contexto específico).

Evolución de las Telecomunicaciones Móviles (1G a 4G)

1G: Telefonía Analógica

  • Lanzamiento: 1979 por Martin Cooper (EE. UU.).
  • Características: Voz analógica, baja capacidad y calidad, nula seguridad. Utilizaba el estándar AMPS.

2G: Estándares Digitales

Técnicas de Acceso al Medio

  • TDMA (Time Division Multiple Access): Utiliza el espectro disponible asignando distintos intervalos de tiempo a diferentes canales.
  • FDMA (Frequency Division Multiple Access): Divide el espectro disponible en múltiples subportadoras.
  • CDMA (Code Division Multiple Access): Técnica de transmisión de datos, posteriormente reemplazada por GSM en muchas regiones.
  • GSM (Global System for Mobile Communications): Divide el espectro en varios grupos de frecuencias, y luego realiza multiplexación con TDMA.

Generaciones Intermedias y Velocidades

  • 2G (TDMA): Opera típicamente a 850 MHz. Permite SMS y CSD (Circuit Switched Data). Velocidad inicial de 9.6 kbps. Enfocado en la eficiencia de la batería.
  • GPRS (General Packet Radio Service) - 2.5G: Permite la transmisión de paquetes de datos. Velocidad de 20 kbps por TSL (Time Slot).
  • EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) - 3G (Clasificación temprana): Velocidad de 40 kbps, con una tasa de transmisión máxima de hasta 2 Mbps.

3G: Servicios Multimedia

  • UMTS (Universal Mobile Telecommunications System): Basado en WCDMA. Ofrece capacidad multimedia e internet de banda ancha.
  • MGW (Media Gateway): Permite la conmutación de tráfico multimedia.
  • HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access): Permite transmisiones simultáneas utilizando hasta 3 portadoras de 5 MHz.

4G: Banda Ancha Móvil Avanzada

  • IMT-Advanced: Define los requisitos: 100 Mbps en movimiento y 1 Gbps en modo fijo. Utiliza 40 MHz de ancho de banda.
  • LTE-Advanced (4G): Velocidades teóricas: DL (Downlink) 3 Gbps y UL (Uplink) 1.5 Gbps.
  • CA (Carrier Aggregation): Permite ocupar hasta 100 MHz de ancho de banda total, utilizando portadoras no continuas de la misma o distinta banda.
  • Relay Nodes: Uso de nodos repetidores para mejorar el acceso en los bordes de la celda.
  • COMP (Coordinated Multi-Point): Reduce la interferencia en el borde de la celda mediante la coordinación de múltiples puntos de transmisión.

Gestión de Movilidad y Recursos

  • HANDOVER (Traspaso): Proceso de cambio de celda o canal.
    • Intra-BTS: Cambio de canal dentro de la misma estación base (BTS).
    • Intra-BSC: Cambio de BTS dentro del mismo controlador de estación base (BSC).
    • Inter-BSC: Movimiento entre BTSs controladas por diferentes BSCs.
    • Inter-MSC: Movimiento entre redes o entre diferentes centros de conmutación móvil (MSC).
  • VAMOS (Voice services over Adaptive Multi-user channels on One Slot): Permite la multiplexación de dos usuarios de voz de forma simultánea en un mismo slot de tiempo.
  • INTENSIDAD (Cálculo de Tráfico): Consiste en utilizar el volumen medio de tráfico en la hora cargada (BH - Busy Hour).

Componentes Clave de la Red Móvil

Definiciones de los elementos fundamentales de la infraestructura de telecomunicaciones:

  • BTS (Base Transceiver Station): Estación radio base. Provee los canales de radio y gestiona la interfaz aérea.
  • BSC (Base Station Controller): Administración de frecuencias, control de las BTSs y gestión de funciones de movilidad.
  • MSC (Mobile Switching Center): Encargado de la conmutación y gestión de las llamadas de un grupo de BSCs.
  • HLR (Home Location Register): Almacena la identidad y los datos de usuario de todos los abonados de la red.
  • SGSN (Serving GPRS Support Node): Realiza el enrutamiento de paquetes y transferencia, además de la gestión de movilidad en la red de paquetes.
  • GGSN (Gateway GPRS Support Node): Convierte paquetes GPRS en paquetes de datos de protocolo IP para la conexión a redes externas (como Internet).

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