04 - Frecuencias e tecnoloxías en redes móbiles

Volver ó índice

Nomenclatura de frecuencias e canais

En telefonía móbil hai ata tres maneiras de referirse a un canal de acceso ó cliente:

A frecuencia é a magnitude máis habitual en todas as telecomunicacións. Mídese en hertzios (tipicamente MHz e GHz), e é o sistema máis entendible para a xente que chega a este sector con algo de base de electrónica:

1 GHz = 1000 MHz (un xigahertzio son mil megahertzios)

O segundo modo de nomear canais é tomando o sistema ARFCN (E-UTRA Absolute Radio Frequency Channel Number). Estes códigos dependen directamente da frecuencia e de certos parámetros adicionais.

Antes de explicar ARFCN, debes entender cómo é posible que as comunicacións sexan bidireccionais. O “dúplex” é a capacidade que ten un sistema de comunicación para poder enviar e recibir datos. Modos de duplexado:

A telefonía analóxica (1G) usaba FDD. Nos primeiros tempos da telefonía dixital (2G) pasou a predominar TDD. Nas últimas xeracións conviven os dous sistemas. 4G e 5G usan ambas: en xeral FDD se considera mellor para cubrir superficie e TDD para capacidade de clientes.

Cando se usa duplexado de división de frecuencia (FDD), a frecuencia, e por tanto o EARFCN van ser diferentes na subida (upload, UL) e na baixada (download, DL).

Estatisticamente predomina o tráfico de datos de baixada (o cliente medio baixa máis contido do que sube), pero as operadoras tanto poden dispoñer ancho de banda simétrico (igual en ambos sentidos) como asimétrico (reservar máis para baixada).

Máis información sobre TDD e FDD: https://www.rfwireless-world.com/Terminology/5G-FDD-vs-5G-TDD.html

Información extra sobre de EARFCN:

Outra maneira de referirse a un canal de acceso ó cliente é o número de canal/banda. Por si só non da ningunha pista da frecuencia nin ancho de banda. Como son números pequenos, acábanse memorizando por repetición. Pódense consultar na calculadora anterior ou na táboa de Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/LTE_frequency_bands

O termo “frecuencia” refírese habitualmente á frecuencia central do canal, mentres que “canal” abrangue un rango de frecuencias cun ancho dado. Os anchos de banda en telefonía móbil son de 5, 10, 15, 20 MHz. En mmWave hainos de 100 MHz e máis. O ancho de banda dun canal (MHz) é directamente proporcional á velocidade de transferencia (megabits por segundo, Mbps), que se van proporcionar ó cliente.

Test de campo en iPhone executando iOS15
Test de campo en iPhone executando iOS15

Field test para Android: Network Cell Info Lite & Wifi

Nas capturas anteriores vese que estamos a traballar con LTE nos canais DL (baixada) EARFCN 6200 e UL (subida) EARFCN 24200. Estes son os resultados na calculadora da web Squimway:

Estamos a traballar en modo FDD, na banda rural L800 (800 MHz) cun ancho de banda de 30 MHz. As frecuencias exactas de subida e baixada aparecen na táboa.

Bandas de frecuencias

Estes son os estándares vixentes hoxe en día. Ata agora só houbo “apagón” (peche definitivo) no sistema analóxico de primeira xeración.

GSM (2G)

UMTS (3G)

LTE (Long Term Evolution) (4G)

NR New radio (5G)

O habitual é que unha xeración teña polo menos dúas bandas de frecuencia:

O feito de que convivan tantos sistemas á vez fai que na mesma banda de frecuencias poidan coexistir varios sistemas, e a priori non se podería radiar á vez salvo excepcións. É dicir, que se nun sector se escolle radiar 4G na banda de 1800 MHz (L1800), non sería posible emitir 2G da mesma frecuencia (DCS1800) xa que ambos sinais se destruirían mutuamente. Sen embargo, hai certos equipos que si permiten acomodar varios estándares na mesma banda, como as Ericsson Baseband 6630 e 6648. Por exemplo, a banda L2600 soporta 4G e 5G simultaneamente mediante a tecnoloxía DSS (Dynamic Spectrum Sharing), que permite que cohabiten clientes das dúas xeracións na mesma banda (funciona en 1800 e 2100 MHz). Esta tecnoloxía determina a demanda de UE de 5G e LTE en tempo real.

Máis información: https://www.telekom.com/en/company/details/intelligent-5g-network-how-does-dynamic-spectrum-sharing-work-611104

Volvendo á asignación de banda baixa ó entorno rural e alta ó urbano, iso leva sendo así desde o 2G e se fundamenta nos seguintes axiomas:

Sempre se escolle o menor alcance para as zonas urbanas, e faise en base a dous razoamentos:

Seguro que o teu router doméstico leva un punto de acceso Wi-Fi. Se conectas moitos clientes (tipicamente sobre 20 ou 30), chega un momento que o punto de acceso empeza a botar fóra ós clientes que el considera. En telefonía móbil, cando hai grandes aglomeracións os clientes fican conectados á rede (con “raias de cobertura”), pero cando tentes navegar verás que non tes servizo. Isto pode sucede habitualmente en festas patronais ou en fin de ano.

Tanto ás bandas baixas (rurais) como ás altas (urbanas), coa chegada 5G se lles pasa a chamar “Sub-6GHz”. Iso é debido a que se está a preparar o terreo para a chegada de bandas moito máis altas, chamadas mmWave (“ondas milimétricas”). As mmWave van ter unha frecuencia de 26 GHz (banda Ka), e un gran ancho de banda (ata 100 MHz). Ademais os usuarios van dispoñer dunha banda libre ISM en mmWave en 60 GHz. O alcance de mmWave vai ser moi baixo, e seguramente só se implemente en lugares emblemáticos e certos eventos, pero en mmWave é onde se desata a verdadeira velocidade 5G. Resumindo:

As bandas baixas e a TDT

As bandas máis baixas se obteñen a costa de reducir o ancho de banda dispoñible para a TDT. A estas reasignacións se lles coñece como dividendos dixitais:

Os dividendos dixitais implican a instalación de filtros nas instalacións de TDT para evitar interferencias por intermodulación. Máis información: https://televisiondigital.mineco.gob.es/Paginas/Index.aspx

Declive da TDT en favor da telefonía móbil sub-GHz (rural)
Declive da TDT en favor da telefonía móbil sub-GHz (rural)

Volver ó curso


Estes materiais foron escritos por Daniel Ríos Suárez dentro dunha licencia retribuída no ámbito da modalidade 6 das “Licenzas por formación destinadas ao funcionariado docente non universitario para o curso 2021/22" (PDF | HTML). Estes apuntamentos foron deseñados para axudar á impartición do primeiro trimestre do módulo pofesional MP5054 - “Mantemento de infraestruturas e redes 5G” (programación didáctica PDF | HTML) dentro do curso de especialización MELE50 - “Implementación de redes 5G” (currículum PDF | HTML)

Os materiais son propiedade da Consellería de Cultura, Educación e Universidade e contan con licenza Creative Commons “recoñecemento“ - “non comercial” - “compartir igual” (explicación). Están dispoñibles tamén para descargar en .DOCX no apartado “recursos” da web de programacións da Consellería.