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4 Composición tecnológica del teléfono
celular
En esta sección, hablaremos de las
diferentes tecnologías que se utilizan en el
mundo de las comunicaciones inalámbricas,
desde la composición física de un teléfono
celular, culminando en los diferentes
protocolos que siguen el funcionamiento de
los distintos usos que se le dan a los
celulares.
4.1 Interior de un telefono celulare
Dado que el sistema analógico de
comunicaciones tiene tendencias al
congestionamiento, los teléfonos digitales
han adquirido una mayor trascendencia en las
tecnologías de punta. Los teléfonos
celulares digitales convierten la voz en
códigos digitales binarios, y luego la
comprimen. De esta forma, cada llamada
telefónica ocupa de 3 a 10 veces menos
espacio que una llamada analógica, además de
permitir una mejor y mayor manipulación de
la misma, y así procesarlos, transportarlos
y almacenarlos en espacios adecuados. Esto
produce un aumento drástico en la capacidad
de los sistemas en comparación con los
sistemas analógicos de llamadas. Para lograr
esta compresión y la descompresión de los
datos, los teléfonos celulares procesan
millones de cálculos por segundo.
El aparato consta de:
Un microprocesador llamado DSP, o Digital
Signal Processor. Realiza todas las
operaciones del dispositivo, análogamente a
lo que hace un microprocesador en un
computador personal. Las velocidades de
estos microprocesadores ronda en el orden de
40 MIPS (Millones de Instrucciones Por
Segundo). Es el cerebro del sistema de
circuitos, realizando todas las tareas de
compresión, descompresión, procesa todas las
tareas del teclado, gestiona los comandos,
controla las señales, envía la información a
la pantalla para ser mostrada, además de
coordinar las demás funciones.
Una placa de circuitos similar a una placa
madre de una computadora.
Un altavoz por el cual el aparato emite el
sonido luego de su descompresión y
decodificación en el microprocesador.
Una pantalla de cristal líquido (LCD) que
muestra toda la información visualmente,
similar al visor de una calculadora. En los
últimos años se ha desarrollado la
tecnología de este tipo de pantallas,
permitiendo el uso de pantallas a color.
Un teclado a través del cual el usuario
ingresa sus comandos,
Una antena receptora de las señales
emitidas por las estaciones y antenas.
Una batería que almacena la energía
eléctrica necesaria para el funcionamiento
del teléfono. Existen tres tipos de batería:
NiCd (Níquel / Cadmio), NiMH (Hidrato
Metálico de Níquel) y Li-Ion (Iones de
Litio). Las diferencias entre estos tipos de
batería radican en la capacidad, y tiempo de
vida. Las baterías NiMH tienen una gran
capacidad, pero su rendimiento decae después
de unos 300 ciclos (carga – descarga)
causado por la decreciente capacidad y la
creciente resistencia interna. Las baterías
NiCd ofrecen aproximadamente un 30% menos de
capacidad que las anteriores, pero su vida
útil se extiende hasta los 1000 ciclos
aproximadamente, con un rendimiento más
constante debido a que la resistencia
interna permanece baja. En cambio, las
baterías Li-Ion, que ofrece una alta energía,
su bajo peso y que no requiere de descargas
periódicas, pierde su capacidad con el
tiempo, aún si es usada o no. Si su uso es
constante, podría llegar a usarse unos 1000
ciclos (en 2 años, normalmente, la vida útil
de este tipo de baterías).
4.2 Tecnologías utilizadas en los teléfonos
celulares
4.2.1 Tecnologías de acceso celular
Las tecnologías utilizadas actualmente para
la transmisión de información en las redes
son denominadas de acceso múltiple, debido a
que más de un usuario puede utilizar cada
una de las celdas de información.
Actualmente existen tres diferentes, que
difieren en los métodos de acceso a las
celdas:
FDMA (Acceso múltiple por división de
frecuencia): accesa las celdas dependiendo
de las frecuencias. Básicamente, separa el
espectro en distintos canales de voz, al
dividir el ancho de banda en varios canales
uniformemente según las frecuencias de
transmisión. Los usuarios comparten el canal
de comunicación, pero cada uno utiliza uno
de los diferentes subcanales particionados
por la frecuencia. Mayormente es utilizada
para las transmisiones analógicas, aún
cuando es capaz de transmitir información
digital (no recomendada).
TDMA (Acceso múltiple por división de
tiempo): Divide el canal de transmisión en
particiones de tiempo. Comprime las
conversaciones digitales y luego las envía
utilizando la señal de radio por un período
de tiempo. En este caso, distintos usuarios
comparten el mismo canal de frecuencia, pero
lo utilizan en diferentes intervalos de
tiempo. Debido a la compresión de la
información digital, esta tecnología permite
tres veces la capacidad de un sistema
analógico utilizando la misma cantidad de
canales.
CDMA (Acceso múltiple por división de
códigos): Esta tecnología, luego de
digitalizar la información la transmite a
través de todo el ancho de banda del que se
dispone, a diferencia de TDMA y FDMA. Las
llamadas se sobreponen en el canal de
transmisión, diferenciadas por un código de
secuencia único. Esto permite que los
usuarios compartan el canal y la frecuencia.
Como es un método adecuado para la
transmisión de información encriptada, se
comenzó a utilizar en el área militar. Esta
tecnología permite comprimir de 8 a 10
llamadas digitales para que ocupen lo mismo
que ocupa una llamada analógica.
En la siguiente figura se muestra un gráfico
comparativo del funcionamiento de las
mencionadas tecnologías.
Gráfica que muestra las diferentes formas de
dividir la frecuencia según los diferentes
estándares.
4.2.2 GSM
Es un estándar mundial para teléfonos
celulares. Llamado Global System for Mobile
communications (Sistema Global para las
comunicaciones móviles), formalmente
conocida como Group Special Mobile (GSM,
Grupo Especial Móvil). Fue creado por CEPT
(organismo internacional que agrupa a las
entidades responsables en la Administración
Pública de cada país europeo de las
políticas y la regulación de las
comunicaciones, tanto postales como de
telecomunicaciones), y posteriormente
desarrollado por ETSI (European
Telecommunications Standars Institute –
organización de estandarización de la
industria de las telecomunicaciones de
Europa con proyección mundial) para
estandarizar la telefonía celular en Europa,
luego adoptado por el resto del mundo. En el
año 2001, el 70% de los usuarios de
telefonía móvil en el mundo usaban GSM. Es
un estándar abierto, no propietario y que se
encuentra en desarrollo constante.
GSM emplea una combinación de TDMA y FDMA
entre estaciones en un par de canales de
radio de frecuencia duplex, con baja
lupulización de frecuencia entre canales.
Como se explicó anteriormente, TDMA se
utiliza para información digital codificada,
por lo que GSM es un sistema diseñado para
utilizar señales digitales, así como también,
canales de voz digitales, lo que permite un
moderado nivel de seguridad.
Existen cuatro versiones principales,
basadas en la banda: GSM-850, GSM-900,
GSM-1800 y GSM-1900, diferenciándose cada
una en la frecuencia de las bandas.
En GSM, las conexiones se pueden utilizar
tanto a la voz, como a datos, lo que
permitió el avance del envío y consumo de
datos a través de los celulares. Los casos
más comunes son las imágenes que se pueden
enviar y recibir, y el uso de aplicaciones a
través de los teléfonos móviles, tal es el
caso de Internet.
Las implementaciones más veloces de GSM se
denominan GPRS y EDGE, también denominadas
generaciones intermedias, o 2.5G, que
conducen a la tercera generación (3G), o
UMTS.
4.2.2.1 GPRS (General Packet Radio
Service)
Básicamente es una comunicación basada en
paquetes de datos. En GSM, los intervalos de
tiempo son asignados mediante una conexión
conmutada, en tanto que en GPRS son
asignados mediante un sistema basado en la
necesidad a la conexión de paquetes. Es
decir, que si no se envía ningún dato por el
usuario, las frecuencias quedan libres para
ser utilizadas por otros usuarios. Los
teléfonos GPRS por lo general utilizan un
puerto bluetooth para la transferencia de
datos.
4.2.2.2 EDGE (Enhanced Data Rates for
Global Evolution)
Es una actualización de GPRS, el cual embala
hasta 69.2Kbps en ocho timeslots,
considerada una tecnología de 2.75G, un poco
más evolucionada que GPRS. GERAN (GPS/EDGE
Radio Access Network) es el nombre que se le
da a los estándares para el acceso GPS/EDGE.
4.2.2.3 UMTS (Universal Mobile
Telecommunications System)
Es el sistema de telecomunicaciones móviles
de tercera generación, que se espera que
alcance unos 2000 millones de usuarios para
el año 2010.
El principal avance radica en la tecnología
WCDMA (Wide Code Division Multiple Access),
heredada de la tecnología militar, a
diferencia de GSM y GPRS que utilizan una
mezcla de FDMA y TDMA. La principal ventaja
de WCDMA es que la señal se expande en
frecuencia gracias a un código de ensanchado
que únicamente es conocido por el emisor y
el receptor. La técnica del espectro
ensanchado permite que una señal se ensanche
a lo largo de una banda muy ancha de
frecuencias, mucho más amplia que el mínimo
requerido para transmitir la información a
enviar. Este aspecto trae muchas mejoras a
los anteriores sistemas (FDMA, TDMA y el
propio CDMA):
Altas velocidades de transmisión (hasta 2
Mbps)
Un grado de seguridad mayor.
Gran eficacia en cuanto al acceso múltiple
al canal.
Alta resistencia a las interferencias.
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