IMPORTANTE: A más frecuencia, menos alcance, pero mayor ancho de banda (y mayor velocidad de transferencia. A menudo una misma generación tiene varias bandas: una pensada para más alcance (zonas rurales), y otra para más velocidad de transferencia (zonas urbanas)
1G
PRIMERA GENERACIÓN (1980): Duplex y acceso múltiple mediante FDMA. Modulación FM a pelo. No había cifrado ni autenticación, con lo que se podía espiar, suplantar identidad para usar la red sin ser abonado… En España se usó el sistema TMA, Telefonía móvil automática, pero cada país tenía su sistema propio, lo que dificultaba la implantación del sistema. Inicialmente 450MHz, después 900 MHz. El Total Access Communication System (TACS) fue adoptado en España. Tenía más alcance que la telefonía móvil digital que vino después, con lo que era mejor para entornos rurales. Lo implantó Moviline, de Telefónica. No soportaba SMS ni datos, las comunicaciones se podían interceptar, ya que la voz y los tonos de señalización se transmitía en FM. Los datos de control en B-FSK.
2G
SEGUNDA GENERACIÓN: GSM: Global System for Mobile. Banda de 900 y 1800 (¡toda Europa!) o 800 y 1900 (América). Las bandas altas tienen menos alcance, celdas urbanas más pequeñas. Modulación GMSK (“Gaussian Minimum Shift Keying”) (FSK con un índice de modulación).
Acceso a la estación base para los múltiples teléfonos conectados (downlink y uplink): se hacen con TDMA, los clientes toman turnos para subir y bajar los datos. Cada portadora puede transportar hasta 8 conversaciones simultáneamente, mediante el uso de la multiplexación por división en el tiempo.
Duplex: La comunicación se realiza full-duplex mediante FDD. 25MHz para subida, 25MHz bajada en 900MHz o 75 MHz de cada en 1800MHz. La separación entre portadoras es de 200 kHz.
GSM 900:
Uplink: 890 a 915 MHz.
Downlink: 935 a 960 MHz.
GSM 1800:
Uplink: 1710 a 1785 MHz.
Downlink: 1805 a 1880 MHz.
Cada canal ocupa 200 kHz. Caben 124 en GSM900 y 374 en GSM1800. El intervalo de guarda o separación es de 100 KHz. A su vez cada canal se divide en 8 ranuras de tiempo para 8 posibles usuarios.
SEGUNDA GENERACIÓN Y PICO, 2,5G, 2,75G (GPRS (modulación GFSK), EDGE (modulación 8PSK)). La incorporación de los datos en la red de telefonía móvil permitió las primeras conexiones a Internet desde estos dispositivos con velocidades desde 54 kpbs (WAP, tarificación por tiempo), pasando por las múltiples velocidades GPRS, que ya se tarificaba por volumen de datos. El fundamento de GPRS es unificar hasta las 8 ranuras de tiempo en un sólo usuario (no rentable) para llegar a 171,2 kbps.
EDGE utiliza una modulación mejor, 8PSK, lo que permite 59,2 kbps en cada ranura de tiempo, 473,6 kbps sumando las 8 ranuras. Con EDGE llegaron las primeras tarifas de datos móviles en las que se pagaban una cuota mensual. Éxito moderado. Compatible con 2G, por lo que usa las bandas 900 y 1800.
Componentes de una red 1G/2G (NO ENTRA, sólo la palabra BTS y UE)
Teléfono móvil (User Equipment, UE)
Estación base (Base Station, BS o BTS): es cada una de las estaciones que constituyen la red. Estará formada por los equipos necesarios para dar servicios a los usuarios de su celda, así como su conexión al resto de la red. El alcance de una estación base suele variar entre cientos de metros en entorno urbano y un máximo aproximado de 30 km en campo abierto.
Controlador de estación base (Base Station Controller, BSC): una BSC se encarga del control de varias BS, asignándoles las frecuencias y controlando sus parámetros de emisión, potencia radiada,… También interviene en los procesos de handover (movimiento del usuario de una celda a otra). La BSC también monitoriza el nivel de potencia emitida y recibida tanto por el terminal móvil como por las estaciones base. Esto permite asignar las llamadas a la BS más adecuada para una mayor calidad y/o ahorro de batería.
Central de conmutación móvil (Mobile Switching Center, MSC): se encarga del establecimiento, mantenimiento y finalización de la comunicación entre los usuarios de la red. Aunque su funcionamiento es similar al de las centrales de conmutación de la red de telefonía fija tienen que tratar con un problema adicional: el desplazamiento de los usuarios. Cuando un usuario se mueve de una celda a otra, la BSC lo detectará y lo comunicará al MSC para que este realice la transferencia de la llamada entre las dos BS implicadas. A este proceso se le denomina handover o traspaso entre celdas y debe completarse sin que se produzca una pérdida de la comunicación (call dropped).
Registro de ubicación base (Home Location Register, HLR): es un registro que almacena la información acerca de los servicios contratados por el usuario y su ubicación actual (celda en la que se encuentra). De este modo, al recibir una llamada, el MSC puede transferirla a la BSC adecuada.
Registro de ubicación de visitante (Visitor Location Register, VLR): es un registro muy similar al anterior, pero con un carácter más temporal, esto permite, por ejemplo, el roaming, es decir, que usuarios de la red de un país extranjero utilicen la red de un operador español, o viceversa. Al registrarse el usuario en el VLR, este contactará con el HLR de origen para comprobar los servicios disponibles para ese usuario para determinar si puede permitirle realizar llamadas o no.
Te tienen localizado en un área. A finales de la década de los 2000 los gobiernos legislaron para que todas las SIM, incluidas las de prepago, tuvieran un titular a su nombre.
Fuente: apuntes FPaDistancia.
Tecnologías que llegan con 1G
Nada de SIM, el número de teléfono se asociaba al IMEI.
IMEI (International Mobile Equipment Identity): Código único de 15 cifras que identifica de forma única a cada terminal (OJO, no a la SIM). Útil en caso de robo. Los operadores tienen y comparten listas negras de IMEIs robados
Telefonía rural por acceso celular (TRAC): Permite el acceso a la PSTN mediante comunicación móvil en lugar del típico DSL/DOCSIS/FTTH. Esto todavía se usa hoy en día en zonas sin par.
Modem a 1200 bps.
3G
TERCERA GENERACIÓN, 3G, 3.5G, 3,75G: UMTS, HSPA, HSDPA, HSDPA+ … otorgan velocidades desde 384kbps hasta 168 Mbps. La velocidad típica es 7,2 Mbps, que hoy en día sigue siendo más que suficiente. Canales de 5MHz de ancho. El acceso múltiple de los usuarios se realiza mediante división de código de banda ancha (WCDMA), que proporciona alta velocidad de transmisión y flexibilidad en función del servicio. Banda de 2100MHz (la idea era usar celdas pequeñas para otorgar a pocos clientes de mucho ancho de banda) y posteriormente se le cedió la de 900MHz que antes se usaba para 2G y 2,5G.
El duplexing se hace en cada terminal con su código único en la BTS (nodeB) usando el código de cada usuario. Soporta TDD y FDD.
HSDPA introduce modulación 16QAM, HSPA+ 64QAM
Componentes de una red UMTS/3G (NO ENTRA)
En los sistemas 3G, las estaciones base (BS) reciben el nombre de Node B, mientras que la función de la BSC la realiza la RNC (Radio Network Controller). Este cambio de terminología se debe a que UMTS utiliza dos redes: el núcleo de red WAN cableado que transporta toda la información y que permite la interoperabilidad con otras redes (TCP/IP, red de voz fija, red de voz móvil) y la red de acceso universal radioterrestre (UTRAN, UMTS Terrestrial Radio Access Network) que es la que pone en contacto a los terminales con el resto de red. A esta última es a la que pertenecen los nodos B y las RNC.
Aquí aún no se trabaja all-IP. Conviven conmutación de paquetes (para los datos) con conmutación de circuitos (para las llamadas fijas y móviles).
Tecnologías que llegan con 2G y 3G
Identificación con SIM (Subscriber Identity Module): Tarjeta que autentica al usuario en la red (impide suplantación de identidad). Incluye la clave privada “Ki” para el cifrado de las llamadas. Tiene algo de capacidad para datos de configuración de Internet, contactos y SMS.
IMSI (International Mobile Subscriber Identity, IMSI): Identificador internacional que contiene la SIM y que ayuda a identificar al dispositivo en la red.
El SMS (Short Message Service). Gratis en Finlandia (lo creó Nokia), 0,15€ para todos los demás. Luego surgió el MMS pero no tuvo éxito porque algunos operadores lo cobraban a 1€. Lo mató la mensajería instantánea. RCS viene a substituirlo, pero llega tarde y mal (carece de encriptación).
Roaming o itinerancia: Al usar el estándar GSM, la tecnología de red es la misma en todo el continente. Roamin es conectarse a una red diferente a la que tienes contratada con tu teléfono. Puede ser roaming internacional o nacional en el caso de OMVs y operadores regionales (como R). Más info en Xataka.
Desde el 15 de junio del 2017, ya no se aplica tarificación extraordinaria por roaming dentro de la UE. Política de uso razonable limitada a tres meses. Más info en blog CNMC.
Primeros accesos a Internet y tarifas de datos:
Dial-up: Se conectaba el teléfono al ordenador mediante RS-232 y se navegaba en el PC pagando el coste de llamada de voz. 9,6 kbps.
WAP (año 2000): Primer acceso a internet móvil. Se tarificaba por minutos. Muy caro. Además los teléfonos tenían un puñetero botón que si pulsabas te cobraban. Velocidades menores de 64 kbps. Un anuncio de la época en YouTube. Cómo molaba el Motorola Timeport.
GPRS (2.5G): Similar a WAP pero con tarificación por kB.
EDGE (2,75G) (Enhanced GPRS) : La telefonía 3G se retrasaba, y el primer iPhone estaba a punto de llegar. 135 kbps.
UMTS y todo el cacao que vino después (HSDPA, HSUPA, HSPA+): La velocidad máxima empezó en 384 Kbps y acabó en 42 Mbps. Más información en wiki de bandaancha.
¿Te parece lógico pagar más por usar la red 4G?
Que la batería pase a durar un día o menos. Esto no es una característica, pero sí una consecuencia de la llegada del smartphone (2007-2010). Pantallas grandes y uso intensivo del modem 3G hicieron que nos pareciera bien abandonar nuestros móviles de 5 días de autonomía.
Dual SIM: Nada especial, consiste en que el teléfono cuente con un segundo modem y una segunda ranura para tarjeta SIM, lo que permite trabajar con dos números de teléfono distintos. Útil para usar SIMs de prepago en el extranjero, o para tener el número personal junto con el del trabajo, etc.
Modem 3G (USB o PCIe): El modem o “pincho” USB 3G permite conectarse a Internet en movilidad. Las tarifas de datos asociadas no incluyen llamadas de voz. Inconveniente: sólo otorga Internet a un dispositivo. Al contrario que…
Tethering. Consiste en usar el teléfono como módem y compartir su acceso a Internet con otro(s) dispositivo(s) cercano(s) mediante Wi-Fi, Bluetooth o cable USB. Hasta hace poco, estaba fuertemente restringido por los operadores ya que “canibaliza” las ventas de líneas fijas.
Un acceso a Internet fijo siempre va a tener menos latencia que un acceso a Internet móvil. Además está el problema del límite de datos.
OMVs (Operadores móviles virtuales). Equivalente a la NEBA, pero en redes móviles. Los operadores móviles están obligados a alquilar sus redes a los llamados operadores virtuales. Así empieza a operar en 2006 Yoigo (aunque hoy ya tiene red propia), y otros muchos como Masmóvil, Pepephone, Symio, Carrefour móvil, Amena, Tuenti, Lowi… En su momento los OMVs fueron una patada en la boca del oligopolio de las operadoras. Más info. En inglés: Mobile Virtual Network Operator (MVNO)
Actualmente en españa hay 4 operadores móviles (Movistar, Orange, Vodafone, Yoigo) y más de 50 OMVs.
4G
CUARTA GENERACIÓN, 4G:800MHz, 1500MHz, 1800MHz (en detrimento del 2G) y 2600MHz (redes cobertura autonómicas como R, aire, cota, Euskaltel, Telecable). Canales de 20MHz. Los requisitos de la ITU para la cuarta generación de telefonía móvil son una tasa de bits de bajada de 1Gbps en baja movilidad y 100Mbps en alta. La telefonía LTE no cumple esos requisitos ni los de eficiencia espectral, aún así se declaró que el LTE se podía considerar como una tecnología 4G.
Red all-IP. Las llamadas se envían como datos (VoLTE). Esto da lugar a
Técnica de modulación OFDM con subportadoras QPSK o 16-QAM. Muy resistente a interferencias multitrayecto. Muy similar a la TDT!!
Llegamos a las primeras redes celulares all-IP. Toda la parte de núcleo se simplifica enormemente. Elimina la conmutación de circuitos en el backhaul. El núcleo de red también es TCP/IP, así que esto se empieza a parecer a una red doméstica:
4G usa el protocolo TCP/IP incluso para el tráfico de voz.
¿Cómo pueden funcionar las llamadas de voz después de terminar la tarifa de datos? Fácil, con QoS.
A la estación base se la llama de distintas maneras según la generación:
BTS (1G/2G) (Base Transceiver Station).
NodeB (3G).
eNB, e-nodeB (4G) (Evolved NodeB).
gNB (5G) (Next Generation NodeB).
¿Y no se hace ningún apagón? Hace mucho que se ha apagado 1G, pero nada más. Se habla de un posible apagón 3G dejando 2G en activo para ofrecer retrocompatibilidad.
Echa un vistazo a los parámetros del teléfono en el field test. iPhone: marca *3001#12345#*. Android: descarga LTE Discovery.
Nuevas tecnologías que llegan con 4G y 5G
VoLTE (Voice over LTE) El tráfico de voz es VoIP, no hay red de conmutación de circuitos. A menos que se utilice 2G/3G para la voz y 4G para los datos, cosa que ya no tiene sentido (más info).
“Wi-Fi Calling” (sólo si el operador lo soporta en España sólo Orange): Dado que el audio constituye tráfico de datos, podría enviarse a través de otras interfaces de red distintas de la 4G/5G. Por ejemplo, si estás en una casa de piedra que no tiene cobertura móvil pero sí cuenta con Wi-Fi, podrías hacer y recibir llamadas aún sin cobertura celular.
eSIM (Embedded SIM) (sólo si el operador lo soporta, actualmente bajo cuota mensual). Se substituyen los códigos de registro de la SIM física por un simple inicio de sesión mediante código QR. Es útil para segundos equipos como smartwatches, gafas y otros dispositivos IoE que vendrán. El operador te tiene que asignar una IP pública para cada equipo, así que el coste está justificado… hasta que llegue IPv6.
MIMO (multiple input multiple output)(realmente se introdujo en HSPA+). MIMO utiliza múltiples antenas y transceptores tanto en el UE como en el eNB para generar múltiples “hilos” de transferencia. Es como cuando en los pares trenzados se usan varios pares para transmitir simultáneamente.
Beamforming: Una vez que los equipos tiene varias antenas ubicadas en distintos puntos, la distancia y los trayectos entre ellos son distintos. Beamforming permite a los equipos ajustar las señales de radiofrecuencia enviadas determinando cuál es el mejor camino que deberían tomar para alcanzar un dispositivo cliente. Beamforming aumenta la señal en la dirección de los dispositivos conectados. Como si los equipos “apuntasen solos”. Mas info sobre beamforming y MIMO en naseros.
Femtoceldas. Son el equivalente a los puntos de acceso Wi-Fi pero en telefonía móvil. Pequeños dispositivos que se conectan a una red LAN que tenga acceso a Internet,. Útiles en espacios confinados (túneles) o grandes zonas donde no es posible desplegar una estación base (grandes centros comerciales). Más info en Wikipedia.
Reducción drástica del consumo eléctrico. Esto hará que se abaraten las tarifas de datos.
Reducción drástica de latencia. Esto eliminará la brecha con respecto a la red fija en aplicaciones en los que el tiempo es crítico.
Velocidades de transferencia disparatadas (20 Gbps bajada, 10 Gbps subida).
Todo lo anterior hará que el mundo se convierta en “una gran zona Wi-Fi”.
Tabla resumen
Ojo, una cosa es lo que pone el teléfono “display” y otra lo que dice la norma 3GPP (3rd Generation Partnership Project ). Ha habido mucho engaño con el 4G (la norma requería 1 Gbps, pero se ha lanzado con 10 veces menos velocidad). Pero claro, la infraestructura se estaba desplegando y era distinta a 3G …y había que vender.
5G “ofrece” 20 Gbps. Evidentemente no va a ser así durante años.