Red celular: ¿Qué es?, función y frecuencias

Si reparas en observar cómo ha ido evolucionando la red celular, puedes darte cuenta, que las generaciones inalámbricas “G”, vieron incrementada su velocidad, la tecnología y la frecuencia. En este artículo te explicamos cómo funcionan las frecuencias en la Red Celular, y todo lo demás relacionado, que debes saber, sorpréndete.

¿Qué es una Red Celular o Red Móvil?

Es una red de comunicación, en la que su última conexión se produce de manera inalámbrica. Está constituida por circuitos en los que se producen interacciones digitales, entre una estación base de radio y los equipos apropiados para su transmisión.

La red celular se encuentra ubicada en áreas fijas terrestres, las cuales reciben el nombre de celdas, cada una de estas celdas, al menos posee un transceptor o “equipo de transmisión y recepción”. Dichas bases, le proporcionan a la célula, la capacidad de cobertura de red que puede ser usada para transmitir voz, datos y otro tipo de contenido. Una misma celda generalmente puede hacer uso de un grupo de frecuencias que estén disponibles en su estación base, con eso evita las interferencias y segura la calidad de servicio dentro de cada celda.

En el momento de que las celdas se interconectan, se produce una cobertura geográfica más amplia, lo que favorece que teléfonos móviles, computadoras portátiles, buscapersonas entre otros, se puedan comunicar entre sí, y con cualquier otro dispositivo que se encuentre interconectado en la misma red, e incluso con otros de una red distinta cuando se produzca su desplazamiento.

Historia de la red celular

Las comunicaciones de tipo inalámbrica tienen su origen con la creación del radio en el año de 1880 por Nikolai Tesla, y que fue presentado de manera formal en el año 1894 por el Ingeniero Eléctrico de origen italiano Guglielmo Marconi.

Mucho antes de existir los teléfonos celulares, las personas utilizaban radios transmisores en los vehículos. Para establecer las comunicaciones en este sistema de radiotransmisión, existía una sola antena central en cada ciudad, y por lo general se disponían de un máximo de 25 canales en la torre. El que solo se pudiera contar con una antena central por ciudad, implicaba que los radiotransmisores dispuestos en los vehículos o los hogares, requerían de una antena muy poderosa, para establecer la comunicación a 50 ó 60 kilómetros de distancia. Otro problema para su masificación lo significaba, que no se contaban con los canales suficientes para poder conectar a más usuarios.

Características de la red celular

Todas las redes celulares nos ofrecen un conjunto de atractivas características, que te las mostramos a continuación.

1. Mayor capacidad que un solo transmisor de colosal tamaño, debido a que la misma frecuencia puede ser utilizada para múltiples enlaces, siempre y cuando se encuentren en celdas diferentes.
2. Los dispositivos móviles requerirán menor consumo de energía, que si tuvieran un solo transmisor o un satélite, esto es gracias a que las torres de telefonía móvil están mucho más cerca.
3. Se cuentan con zonas de cobertura más amplia, que si solo se contara con un transmisor terrestre, por la sencilla razón de que se pueden agregar cuantas torres de comunicaciones sean necesarias, ya que no existe una limitación.
4. Existen redes celulares de voz y datos en la mayor parte del planeta, lo que posibilita que los teléfonos móviles y los dispositivos informáticos móviles, se puedan conectar a las redes celulares disponibles.

¿Cómo funciona una red celular?

La idea general del funcionamiento de los sistemas de redes celulares, consiste en dividir las áreas geográficas en pequeñas celdas, y cuya cobertura incluya a los receptores o transmisores que se encuentren cercanos la misma estación base. Esta maravillosa idea, favorece un mejor aprovechamiento de las frecuencias, a través de la zona, lo que permite que muchos usuarios puedan utilizar sus equipos al mismo tiempo. Para la prestación del servicio se hacen divisiones en celdas en forma de hexágonos, y cada una de ellas tiene un grupo irrepetible de frecuencias, con lo que se evita que se produzcan colisiones.

Las conexiones móviles imitan el principio general de la telefonía, que no es otra cosa que el de conectar a dos usuarios que se encuentran equidistantes, a través de un equipo de red de un prestador del servicio. No obstante, distinto a como sucede con los teléfonos fijos, en una red móvil no existen cables de cobre, ni fibra óptica, y el enlace final, lo constituyen las transmisiones de radio.

Para que una comunicación sea realmente efectiva, el usuario tendrá que estar en el área de alcance de una antena. Generalmente estas tienen muy limitado alcance y cubre una pequeña área alrededor de él, llamadas celdas, y para garantizar los prestadores del servicio, despliegan de celdas provistas de estaciones bases, asegurando con esto de que no existan zonas a las que no se les preste el servicio.

Conformación de una red celular móvil

Una red celular de telefonía móvil, está conformada por una vasta estructura, pero acá te mostramos los componentes más importantes.

• Redes de estaciones de radio base, que conforman el subsistema de estaciones base.
• Una red de conmutación o intercambio de circuitos básicos, para la administración de llamadas de voz y texto
• Sistema de intercambio de paquetes para el manejo de datos móviles
• Sistema de redes telefónicas públicas, que admiten cambios para poder conectar a los usuarios a una red telefónica más amplia.

Tamaño de las celdas urbanas y rurales

Su tamaño está supeditado a muchos factores, entre ellos al tipo de antenas que es utilizado, al tipo de relieve, es decir, si es un llano, valle o montaña, si la ubicación de la instalación está en un área rural o urbana, y por último a la densidad poblacional. El tamaño de la celda, también se ve limitado por la capacidad del teléfono móvil, el cual tiene que establecer el enlace de retorno.

Por otro lado, una estación base posee una capacidad de transmisión que tiene un límite, y sólo puede darle curso simultáneamente, a un determinado número de llamadas.

Por tal razón, en las zonas urbanas, y con una densidad alta de población, donde se produce un gran número de comunicaciones, las celdas tienden a ser diseñadas en  grandes cantidades y ubicarlas de forma consecutiva.

La zonas rurales por tener menor una menor densidad poblacional, el tamaño de las celdas es mucho más grande, en ocasiones de varios kilómetros de distancia, sin que sobrepasen los diez kilómetros.

Importante destacar que, un incremento en el número de celdas, mejora la capacidad de la transmisión de tráfico de voz o datos de la red, pero esto conlleva a que deba aumentarse el número de estaciones base.

¿Cómo los transmisores distinguen la señal?

Para que los transmisores diferentes puedan distinguir distintas señales, se desarrollaron varios métodos entre los que se cuentan:

1. Acceso Múltiple por División en el Tiempo o TDMA

Se conoce como acceso múltiple por división de tiempo, a la técnica que facilita la emisión de señales digitales, su objetivo es el de destinar un canal, por lo general de gran capacidad, de transmisión a partir de distintas fuentes, con esto se puede aprovechar de manera óptima el medio de transmisión. Como cada canal de frecuencia de radio se divide en varias ranuras, a cada usuario de llamadas se le asigna una ranura de tiempo específica para la transmisión, y con esta acción, varios usuarios pueden emplear un mismo canal de manera simultánea, sin que se produzcan interferencias.

Las características más significativas de esta técnica son: que se emplea con modulaciones digitales, es ideal para el intercambio de paquetes y se precisa de una sincronización rigurosa entre el emisor y el receptor.

2. Acceso Múltiple por División en Frecuencia o FDMA

La FDMA es una técnica en donde se combinan dos o más señales, y poder transmitirlas a través de un solo medio, empleando un gran número de protocolos de comunicaciones, bien sean digitales o analógicos, especialmente de radiofrecuencia, como por ejemplo, los teléfonos móviles de redes GSM.

De esta técnica de transmisión se puede decir que: su tecnología ya ha sido probada y fácil de implementar, la administración de los recursos es muy estricta, lo  que la hace poco apropiada para flujos de tránsito variable; es posible asignar canales individuales a cada usuario, y de acuerdo a la demanda es que se asignan los canales.

3. Acceso múltiple por polarización y división o PDMA

Esta técnica o método de multiplexación, no admite la separación de señales de una celda a otra, debido a que los resultados de ambos, pueden varían según la posición, y esto causaría que fuese prácticamente imposible la separación de señales.

Desplazamiento entre celdas

En todo sistema de redes celulares, a momento que los transceptores móviles se empiezan a desplazar de una célula a otra durante una comunicación, esta continua su curso, el que produzca un cambio de una frecuencia de célula a otra frecuencia, no interrumpe la comunicación, debido a que el cambio se realiza electrónicamente sin generar interrupción y sin un operador de estación base o cambio manual.

Este procedimiento se denomina traspaso o handoff. No es otra cosa que un sistema empleado en las comunicaciones móviles celulares, con la tarea de poder transferir el servicio de una estación base a otra, al momento en que la calidad del enlace es deficiente en una de las estaciones. Con este mecanismo se puede garantizar la prestación del servicio cuando un móvil se traslada a lo largo de su zona de cobertura.

Evolución de la red celular móvil

La evolución de las redes móviles inalámbricas ha sido tan vertiginosa, que nos sugiere que también se ha producido un cambio en la naturaleza del sistema, su velocidad, la tecnología y la frecuencia. Con cada generación se han generado algunos estándares, capacidades técnicas y novísimas características que la diferencian de su antecesora.

Primera generación móvil 1G.

La primera red de comunicación móvil comercial de forma automatizada, fue puesta en marcha en Japón por el año 1979. Y entre sus características tenemos:

1. Tenía estándares AMPS, es decir, Sistema Telefónico Móvil Avanzado.
2. Sólo ofrecía el servicio de voz.
3. Su tecnología era analógica
4. Tenía una velocidad de entre 1 kbps a 2,4 kbps.
5. Multiplexación – FDMA
6. La frecuencia era de 800- 900 MHz
7. El ancho de banda, tenía una capacidad para 832 canales dúplex, de los cuales 21 estaban destinados para establecer las llamadas, y el resto para la comunicación de voz.

Segunda generación móvil 2G.

Aquí encontramos la tecnología GSM, que fue la primera en proveer servicios de voz y datos digitales, como también Roaming Internacional. Sus bondades más resaltantes se cuentan:

1. La tecnología era digital.
2. La velocidad aumentó e iba entre los 14 kbps a 64 Kbps.
3. Su banda de frecuencia se ubicaba entre 850/1900 MHz, para GSM, y de 825/849 MHz para CDMA.
4. Tenía una tecnología de acceso TDMA y CDMA.
5. Prestaba servicios de voz digital, SMS, roaming internacional, de conferencia, tenía llamada en espera, transferencia de llamadas, bloqueo de llamadas, entre otras prestaciones.

Generación móvil 2.5.

Se introdujeron los paquetes de red, que proporcionaban la transferencia e Internet de alta velocidad de datos. Las características de esta generación son:

1. Poseía estándares de servicio de paquetes de radio o GPRS y EDGE, que tenía velocidad de datos mejorados.
2. Se encontraba en una frecuencia de 850/1900 MHz
3. Su velocidad era de 115 Kbps para GPRS y de 384 Kbps para EDGE.
4. Ofrecía servicios de pulsar para hablar, multimedia, soporte WAP, MMS, SMS, juegos móviles, entre otros.

Tercera Generación 3G.

Sus objetivos eran poder ofrecer un aumento en las tasas de datos, facilitar el crecimiento, tener mayor capacidad de voz y datos y dar soporte a diversas aplicaciones. Sus características más resaltantes son:

1. Estándares UMTS que se basaban en GSM o Global Systems for Mobile.
2. La velocidad que ofrecía era de 384 Kbps.
3. Tenía una frecuencia aproximada de 8 a 2,5 GHz.
4. Ofrecía servicios de telefonía móvil de voz, acceso a Internet de alta velocidad, llamadas de video, chat y conferencias, entre otras prestaciones.

Cuarta Generación 4G.

El objetivo del sistema móvil de cuarta generación es proveer una alta velocidad, gran capacidad y servicios de voz y datos. Sus características más notables son:

Velocidad en movimiento de 100 Mbps, y de 1 Gbps cuando está inmóvil.

Ofrece servicios de acceso móvil web, telefonía IP, servicios de TV, gestión de flujos múltiples de difusión, entre otras.

Quinta Generación 5G.

Tiene una capa física y de enlace de datos, que define esta tecnología inalámbrica 5G lo que es un indicativo de que cuenta con una tecnología Open Wireless Architecture o OWA. Tiene las siguientes características:

1. Velocidad entre 1 a 10 Gbps.
2. Cuenta con una frecuencia de 3 a 300 GHz
3. Tiene un rendimiento de tiempo real en respuestas rápidas, y una baja fluctuación en la latencia y retardo.

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