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3 Funcionamiento de la telefonía celular
Los teléfonos celulares, por sofisticados
que sean y luzcan, no dejan de ser radio
transmisores personales.
Siendo un sistema de comunicación telefónica
totalmente inalámbrica, los sonidos se
convierten en señales electromagnéticas, que
viajan a través del aire, siendo recibidas y
transformadas nuevamente en mensaje a través
de antenas repetidoras o vía satélite.
Para entender mejor cómo funcionan estos
sofisticados aparatos puede ayudar
compararlos con una radio de onda corta (OC)
o con un walkie-talkie. Un radio OC es un
aparato simple. Este permite que dos
personas se comunique utilizando la misma
frecuencia, así que sólo una persona puede
hablar al tiempo. Un telefono celulare es un
dispositivo dual, esto quiere decir que
utiliza una frecuencia para hablar, y una
segunda frecuencia aparte para escuchar. Una
radio OC tiene 40 canales. Un teléfono
celular puede utilizar 1664 canales. Estos
teléfonos también operan con “células” (o “celdas”)
y pueden alternar la célula usada a medida
que el teléfono es desplazado. Las células
le dan a los teléfonos un rango mucho mayor
a los dispositivos que lo comparamos. Un
walkie-talkie puede transmitir hasta quizás
una milla. Una radio OC, debido a que tiene
un poder mucho más alto, puede transmitir
hasta 5 millas. Alguien que utiliza un
telefono celulare, puede manejar a través de
toda la ciudad y mantener la conversación
todo el tiempo. Las células son las que dan
a los teléfonos celulares un gran rango.
En un radio simple, ambos transmisores
utilizan la misma frecuencia. Sólo uno puede
hablar al tiempo.
El telefono celulare estándar de la primera
generación estableció un rango de
frecuencias entre los 824 Megahertz y los
894 para las comunicaciones analógicas. Para
enfrentar la competencia y mantener los
precios bajos, este estándar estableció el
concepto de dos portadores en cada mercado,
conocidos como portadores A y B. A cada
portador se le da 832 frecuencias de voz,
cada una con una amplitud de 30 Kilohertz.
Un par de frecuencias (una para enviar y
otra para recibir) son usadas para proveer
un canal dual por teléfono. Las frecuencias
de transmisión y recepción de cada canal de
voz están separadas por 45 Megahertz. Cada
portador también tiene 21 canales de datos
para usar en otras actividades.
La genialidad del telefono celulare reside en
que una ciudad puede ser dividida en
pequeñas "células" (o celdas), que permiten
extender la frecuencia por toda una ciudad.
Esto es lo que permite que millones de
usuarios utilicen el servicio en un
territorio amplio sin tener problemas. He
aquí como funciona. Se puede dividir un área
(como una ciudad) en células. Cada célula es
típicamente de un tamaño de 10 millas
cuadradas (unos 26Km2). Las células se
imaginan como unos hexágonos en un campo
hexagonal grande, como este:
Sin embargo, el tamaño de las células puede
variar mucho dependiendo del lugar en que se
encuentre. Las estaciones de base se separan
entre 1 a 3 Km. en zonas urbanas, aunque
pueden llegar a separarse por más de 35Km en
zonas rurales. En zonas muy densamente
pobladas o áreas con muchos obstáculos (como
ser edificios altos), las células pueden
concentrarse en distancias cada vez menores.
Algunas tecnologías, como los PCS (Personal
Communication Services), requieren células
muy cercanas unas de otras debido a su alta
frecuencia y bajo poder en el que operan.
Los edificios pueden, a su vez, interferir
con el envío de las señales entre las
células que se encuentren más lejanas, por
lo que algunos edificios tienen su propia "microcélula."
Los subterráneos son típicos escenarios
donde una microcélula se hace necesaria.
Microcélulas pueden ser usadas para
incrementar la capacidad general de la red
en zonas densamente pobladas como ser los
centros capitalinos.
Debido a que los teléfonos celulares y las
estaciones de base utilizan transmisores de
bajo poder, las mismas frecuencias pueden
ser reutilizadas en células no adyacentes.
Cada celda en un sistema análogo utiliza un
séptimo de los canales de voz disponibles.
Eso es, una celda, más las seis celdas que
la rodean en un arreglo hexagonal, cada una
utilizando un séptimo de los canales
disponibles para que cada celda tenga un
grupo único de frecuencias y no haya
colisiones entre células adyacentes.
Esta configuración puede verse en forma
gráfica en la siguiente figura:
Puede observarse un grupo de células
numerado en la parte superior.
De esta forma, en un sistema analógico, en
cualquier celda pueden hablar 59 personas en
sus teléfonos celulares al mismo tiempo. Con
la transmisión digital, el número de canales
disponibles aumenta. Por ejemplo el sistema
digital TDMA puede acarrear el triple de
llamadas en cada celda, alrededor de 168
canales disponibles simultáneamente.
Cada célula tiene una estación base que
consta de una torre y un pequeño edificio en
donde se tiene el equipo de radio. Cada
célula utiliza un séptimo de los 416 canales
duales de voz. Dejando entonces a cada
célula aproximadamente los 59 canales
disponibles nombrados anteriormente.
Si bien los números pueden variar
dependiendo de la tecnología usada en el
lugar, las cantidades sirven para mostrar
cómo funciona esta tecnología; que en caso
de tratarse de una generación más moderna,
puede de todas formas extrapolarse
directamente.
Los teléfonos celulares poseen unos
transmisores de bajo poder dentro de ellos.
Muchos teléfonos celulares tienen 2 fuerzas
de señal: 0.6 Watts y 3 Watts (como
comparación, la mayoría de los radios de
onda corta transmiten a 5 Watts). La
estación base también transmite a bajo poder.
Los transmisores de bajo poder tienen 2
ventajas:
El consumo de energía del teléfono, que
normalmente opera con baterías, es
relativamente bajo. Esto significa que bajo
poder requiere baterías pequeñas, y esto
hace posible que existan teléfonos que caben
en la mano. A su vez aumenta en forma
considerable el tiempo en que se puede usar
el teléfono entre carga y carga de la
batería.
Las transmisiones de las estaciones base y
de los teléfonos no alcanzan una distancia
más allá de la célula. Es por esto que en la
figura de arriba en cada celda se pueden
utilizar las mismas frecuencias sin
interferir unas con otras.
Las transmisiones de la base central y de
los teléfonos en la misma celda no salen de
ésta. Por lo tanto, cada celda puede
reutilizar las mismas 59 frecuencias a
través de la ciudad.
La tecnología celular requiere un gran
número de estaciones base para ciudades de
cualquier tamaño. Una ciudad típica grande
puede tener cientos de torres emisoras. Pero
debido a que hay tanta gente utilizando
teléfonos celulares, los costos se mantienen
bajos para el usuario. Cada portador en cada
ciudad tiene una oficina central llamada
MTSO (PSTN en el diagrama siguiente). Esta
oficina maneja todas las conexiones
telefónicas y estaciones base de la región.
Típica torre de transmisión de telefonía
celular
Cuando el usuario desea realizar una llamada,
el telefono celulare envía un mensaje a la
torre solicitando una conexión a un número
de teléfono específico. Si la torre dispone
de los suficientes recursos para permitir la
comunicación, un dispositivo llamado "switch"
conecta la señal del telefono celulare a un
canal el la red de telefonía pública. La
llamada en este momento toma un canal
inalámbrico así como un canal en la red de
telefonía pública que se mantendrán abiertos
hasta que la llamada se concluya.
El diagrama que se muestra a continuación
gráfica lo descrito anteriormente.
Digamos que usted tiene un celular, lo
enciende, y alguien trata de llamarle. La
MTSO recibe la llamada, y trata de
encontrarlo. Desde los primeros sistemas la
MTSO lo encontraba activando su teléfono (utilizando
uno de los canales de control, ya que su
teléfono se encuentra siempre escuchando) en
cada célula de la región hasta que su
teléfono respondiera. Entonces la estación
base y el teléfono decidirán cuál de los 59
canales en su telefono
celular usará. Ahora
estará conectado a la estación base y puede
empezar a hablar y escuchar.
A medida que usted se mueva en la célula, la
estación base notará que la fuerza de su
señal disminuye. Entretanto, la estación
base de la célula hacia la que se está
moviendo (que está escuchando la señal) será
capaz de notar que la señal se hace más
fuerte. Las dos estaciones base se coordinan
a sí mismas a través del MTSO, y en algún
punto su teléfono obtiene una señal que le
indica que cambie de frecuencia. Este cambio
hace que su teléfono mude su señal a otra
célula.
En sistemas modernos los teléfonos esperan
una señal de identificación del sistema (IDS)
del canal de control cuando se encienden. El
teléfono también transmite una propuesta de
registro y la red mantiene unos datos acerca
de su ubicación en una base de datos (de
esta forma es que la MTSO sabe en que célula
se encuentra si quiere timbrar su teléfono).
A medida que se mueve entre células, el
teléfono detecta los cambios en la señal,
los registra y compara para con los de la
nueva célula cuando cambia de canal. Si el
teléfono no puede hallar canales para
escuchar se sabe que está fuera de rango y
muestra un mensaje de "sin servicio".
Éste es, en forma bastante simplificada, el
funcionamiento de la telefonía celular;
abarcando desde el aspecto teórico en la
división de las zonas geográficas en células,
hasta el intercambio de ondas electro
magnéticas necesario para establecer una
sencilla comunicación entre dos teléfonos
celulares. Si bien puede enfocarse el tema
de manera mucho más técnica, deteniéndose
más en aspectos de frecuencia y amplitud de
las ondas por ejemplo, preferimos darle un
enfoque más general, dando sí algunos datos
técnicos específicos que nos parecieron de
mayor relevancia para el entendimiento
general del tema.
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