monografia anÁlisis comparativo de las principales

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1 MONOGRAFIA ANÁLISIS COMPARATIVO DE LAS PRINCIPALES TECNOLOGÍAS PARA ENVÍO Y TRANSMISIÓN DE DATOS EN REDES MÓVILES PARA EL AÑO 2016 CARLOS ANDRES GARCIA JEYFERSON OSORIO DIAZ UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PEREIRA FACULTAD DE INGENIERIAS PROGRAMA DE INGENIERIA DE SISTEMAS Y COMPUTACION PEREIRA 2011

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Proyecto 05 oct-ULTIMOTECNOLOGÍAS PARA ENVÍO Y TRANSMISIÓN DE DATOS EN REDES
MÓVILES PARA EL AÑO 2016
CARLOS ANDRES GARCIA
JEYFERSON OSORIO DIAZ
PEREIRA
2011
2
TECNOLOGÍAS PARA ENVÍO Y TRANSMISIÓN DE DATOS EN REDES
MÓVILES PARA EL AÑO 2016
CARLOS ANDRES GARCIA
JEYFERSON OSORIO DIAZ
Monografía para optar al título de Ingeniero de Sistemas y Computación
Asesor
PEREIRA
2011
3
CONTENIDO
Pág.
1.3. Justificación……………………………………………………………….......9
1.4.1. Objetivo general……………………………………………………...10
1.4.2. Objetivo Específicos………………………………………………....11
1.5. Marco referencial…………………………………………………………...11
1.5.1 Marco histórico……………………………………………………..…11
1.5.2 Marco conceptual……………………………………………….........12
2.1. Telefonía móvil……………………………………………………………...16
2.1.2. Componentes principales de un sistema de telefonía celular…18
2.1.3. Las técnicas de acceso múltiple………………………...…………20
2.1.3.1. FDMA……………………………………………………….20
2.1.3.2. TDMA……………………………………………………….21
2.1.3.3. CDMA………………………………………………………21
2.2.1. Redes de telefonía analógica……………………………………...23
2.2.2. Redes de telefonía digital…………………………………………..23
2.2.2.1. Primera generación……………………………………...….23
2.2.2.2. Segunda generación…………………………………….....25
3. ESTABLECIMIENTO DE CRITERIOS COMPARATIVOS
3.1. OFDM y OFMA……………………………………………………………...42
3.2. WIMAX……………………………………………………………………….44
3.2.2. Antenas inteligentes…………………………………………………45
3.2.5. Arquitectura de red WIMAX………………………………………...48
3.3. LONG TIME EVOLUTION (LTE)
3.3.1. Definición LTE………………………………………………………..51
3.3.2. Arquitectura LTE…………………………………………….............52
4.1 Aportes………………………………………………………………………..57
4.2 Conclusiones………………………………………………………………. 60
4.3 Recomendaciones………………………………………………………….62
Tabla 2. Comparación de las generaciones de telefonía móvil………………........34
Tabla 3. Ventas mundiales de Smartphone a usuarios finales por el sistema
operativo………………………………………………………………….........36
Tabla 5. Comparación entre los Tablet……………………………………….............40
Tabla 6. Comparación entre tecnologías WIMAX y LTE……………………............56
Tabla 7. Principales características entre las generaciones de telefonía celular…59
Tabla 8. Principales características entre estándares de la cuarta generación
(WIMAX Y LTE)………………………………………………………………..60
Figura 2. Arquitectura de red WIMAX…………………………………………...........49
Figura 3. Arquitectura completa de sistemas LTE……………………………..........53
7
1.1. TITULO
Análisis comparativo de las principales tecnologías para envío y transmisión de
datos en redes móviles para el año 2016
1.2. FORMULACION DEL PROBLEMA
La sociedad contemporánea es testigo en la actualidad de la forma como avanza
de manera acelerada el tema de las comunicaciones en el mundo, donde día a día
las grandes firmas proporcionan diversos mecanismos, elementos y nuevas
tendencias tanto en la forma como se transmiten los datos como las herramientas
que se utilizan sobre esta estructura. Dentro de este contexto cabe denotar que
en países como los inscritos a la unión europea, o los estados unidos u otros
países desarrollados han adoptado la utilización de las redes 4g mientras que en
países como el nuestro apenas incursionamos en las tecnologías implementadas
sobre las redes de tercera generación como lo es la gsm.
Por otra parte es de importancia denotar que a pesar de que la telefonía móvil ha
satisfecho bastante de las necesidades de comunicación de los seres humanos
aun encontramos algunos aspectos que presentan limitaciones sobre esta
estructura como por ejemplo lo es la conectividad intermitente pues incluso
cuando los dispositivos están conectados la conectividad no siempre es optima, lo
que resulta en frecuentes interrupciones durante una sesión o transferencia de
datos cuando alguna persona se dirige en su automóvil, igualmente podemos
evidenciar otro tipo de fallos como lo es la latencia y limitaciones de ancho de
banda pues mientras que las velocidades de las redes celulares están mejorando,
8
la mayoría de de los dispositivos en todo el mundo aun se conecta a Gprs / Cdma
conexiones donde a menudo el ancho de banda por lo general es menos de 40-50
Kbps.
Por lo tanto, el problema que se quiere abordar desde la óptica del currículo de
ingeniería de sistemas corresponde al acceso al conocimiento de tecnologías de
envío y transmisión de datos en dispositivos móviles y su aplicación en nuestro
país.
Además en sintonía con el perfil profesional de ingeniería de sistemas y
computación de la universidad tecnológica de Pereira que reza “
• Participar en proyectos de investigación en distintas áreas tecnológicas.
• Utilizar herramientas computacionales para solucionar problemas de
ingeniería
• Participar en la creación, diseño y desarrollo de soluciones informáticas.
• Identificar y resolver retos y problemas informáticos y administrativos.
• Participar en la definición de los procedimientos de control interno y
auditoría.
• Desarrollar investigación que genere soluciones en telecomunicaciones,
sistemas de información y hardware.”1
Se pretende poner en manos de los estudiantes y futuros Ingenieros el conjunto
de conocimientos que posibilitan conocer de una manera más profunda las
tecnologías a que se hace referencia dado que no se está haciendo en el
programa.
1.3 JUSTIFICACION
Las nuevas tendencias y evolución de las tecnologías de la información y la
comunicación (TIC’S) en la actualidad ha generado la necesidad y la exigencia en
los usuarios de tener servicios a su alcance que le permitan rapidez,
escalabilidad, movilidad y reducción de costos en las soluciones que implementa
en sus áreas de negocio o desarrollo personal.
A nivel tecnológico podemos concebir la oportunidad de obtener diferentes
soluciones eficientes a inconvenientes tan marcados que se presentan
actualmente en las redes móviles como lo son las limitaciones que se tienen en
términos de velocidad para acceder, enviar y recibir información a través de los
dispositivos móviles.
Desde al ámbito del conocimiento, se hace necesario que los futuros ingenieros
del programa ingeniería de sistemas y comunicación conozcan las tecnologías
para envío y recepción de datos en dispositivo móviles y la base científica que
subyace a ello para poder capitalizarlas en pro de la sociedad y de la solución de
los problemas informáticos que esta tiene.
Tabla 1. Área dispositivos móviles universidades eje cafetero.
Ítem Universidad Total
10
Específicamente el programa de Ingeniería de Sistemas y Computación, ofrece el
programa académico de postgrado a nivel de especialización en el área de las
Redes de Datos con el propósito a futuro de ofrecer una Maestría en dicha área.
El conocimiento de dichas tecnologías nos invita a pensar en la posibilidad de
concebir nuevas soluciones a problemas que aun no han sido resueltos teniendo
en cuenta el aprovechamiento de dicha base teórica.
A pesar de que en el mercado norteamericano la penetración de las terminales 3g
en relación con la población sea del 38%, en europa occidental del 39%, y en
Japón del 90% , se puede advertir que esta tendencia no es similar o comparable
en sur y Centroamérica pues solamente el 4% de la población accede a esta
tecnología según estadísticas de la firma Morgan Stanley (Abril 2010)2, se hace
importante el estudio y la investigación de estas tecnologías para adoptarlas en
esta región.
Por lo tanto, el presente tema de trabajo de grado se justifica en la necesidad de
acceder al conocimiento para que este permita que los avances tecnológicos
redunden en el bienestar social del entorno que rodea al ingeniero de sistemas
egresado de la universidad tecnológica de Pereira.
1.4 OBJETIVO GENERAL Y ESPECIFICOS
1.4.1 Objetivo general
Establecer parámetros y criterios que permitan comparar las nuevas tendencias de
envió y trasmisión de información a través de redes móviles a nivel mundial.
2 Tomado de http://mobithinking.com/mobile-marketing-tools/latest-mobile-stats
utilizan las redes móviles en la actualidad
Investigar las nuevas tecnologías que se utilizaran en un futuro en las redes
móviles y sus ventajas sobre las redes existentes.
Constituir pautas, elementos y parámetros que nos brinden la posibilidad de
realizar comparaciones de rendimiento y servicio dentro de transmisión y
recepción de datos por dispositivos móviles
Construir un documento donde se resuma toda la experiencia propuesta
1.5. MARCO REFERENCIAL
1.5.1 Marco Histórico
La comunicación de forma inalámbrica tiene sus orígenes en el hallazgo del radio
por parte de Nikola Tesla en los años 1880, aunque formalmente fue presentado
en 1894 por Guglielmo Marconi.
La historia del teléfono móvil se remonta a los inicios de la Segunda Guerra
Mundial, donde ya se preveía que era inevitable la comunicación a distancia, por
tal motivo la multinacional Motorola diseño un equipo llamado Handie Talkie H12-
16, que es un equipo que posibilita el contacto con las tropas vía ondas de radio
que en ese tiempo no superaban más de 600 kHz.
12
Poco tiempo después las tecnologías de Tesla y Marconi se aunaron y se dio luz
a la comunicación mediante radio-teléfonos: Martin Cooper, fue el pionero y
considerado por muchos como el padre de la telefonía celular, pues fue él quien
fabricó el primer radio teléfono entre los años 1970 y 1973, en Estados Unidos.
En el año de 1979 se presentan los primeros sistemas a la venta en Tokio (Japón),
producidos por la Compañía NTT. Por otra parte los países europeos no se
quedaron atrás y fue en 1981 cuando se introdujo en Escandinavia un sistema
semejante a AMPS (Advanced Mobile Phone System), mas tarde en Estados
Unidos, y gracias a que la entidad reguladora de ese país adoptó reglas para la
creación de un servicio comercial de telefonía celular, en 1983 se puso en marcha
el primer sistema comercial en la ciudad de Chicago.
En pocas palabras y sintetizando ,anteriormente los teléfonos celulares se
caracterizaban solamente por realizar llamadas, pero ha sido tal la evolución que
ya podemos hablar de equipos Multimedia que puede llamar y ejecutar
aplicaciones, juegos en 3D, videos, televisión y algunas otras herramientas que
también se encuentran incluidas en los computadores. Además se destaca que
diferentes fabricantes de placas madres para PC y hardware en general se hacen
presentes en los teléfonos móviles como por ejemplo: ASUS e INTEL que
construyen las placas matrices de lo celulares o ayudan con el acelerador gráfico
o el sistema de video. En fin, debemos tener conciencia y prepararnos para lo que
se viene más adelante y pensar que el teléfono celular ya no es tan sólo para
hablar.
1.5.2. Marco Conceptual
La red está constituida básicamente en torno a dos tipos de elementos; las
estaciones base las cuales son las encargadas de transmitir y recibir la señal y las
centrales de conmutación quienes son las que permiten la conexión entre dos
terminales concretos. Hoy en día la conmutación es digital, electrónica y
13
totalmente automatizada, el adecuado acoplamiento de estos dos factores
posibilita la comunicación tanto entre teléfonos móviles como entre un celular y un
teléfono fijo.
En relación con el funcionamiento de la red en términos generales, no es bastante
complejo. Las estaciones base se disponen generando una gran malla en forma
de célula, conectando mediante ondas de radio dos terminales con los
controladores de dichas estaciones base, esta disposición en forma de panal no
es casual, ya que responde a un esquema que permite la reutilización de un
determinado conjunto de frecuencias asignadas en distintas celdas, siempre que
estas no sean adyacentes, aumentando el rendimiento de la red por un lado, y
economizando por otro.
Por otra parte aunque pueden distinguirse varios tipos de redes, principalmente y
hablando en términos generales, podemos referirnos a dos:
La primera de ellas es la red analógica (TMA); en este tipo de redes la
comunicación se produce mediante el transmisión de la información sobre señales
vocales analógicas, esto quiere decir, que se envían sobre ondas que permutan
de forma continua a lo largo del tiempo; esta clase de redes operaba en la banda
de frecuencias de los 450 MHz y, posteriormente, de los 900 Mhz.
La segunda de ellas es la red digital; esta red trabaja con señales discretas, lo que
supone un crecimiento tanto en la calidad de transmisión como en el rendimiento
de la red; estas redes trabajan en el espectro de los 800-900 MHz y de los 1800-
1900 MHz. Este tipo de redes se han constituido como las redes del futuro, que en
la actualidad ya cuentan con miles de millones de usuarios en todo el mundo.
14
De otra manera en la evolución de la telefonía móvil han surgido varias
generaciones entre las cuales encontramos generación 0(0-G), primera
generación (1G),segunda generación(2G), la tercera generación (3G), donde
destacamos los estándares que se utilizan en 2G y 3G
Sobre la generación 2G podemos mencionar algunos estándares utilizados en
esta como GSM (Global System for Mobile Communications): pues quizás se trate
del protocolo más característico de esta, ya que además se trata de un estándar
desarrollado para todas las regiones del mundo. Su funcionamiento se sustenta
sobre una compleja base de canales lógicos que permiten tanto la transmisión de
voz como de datos.
Las implementaciones más veloces de GSM se denominan GPRS y EDGE,
también denominadas generaciones intermedias o 2.5G, que conducen hacia la
tercera generación 3G o UMTS.
Otro de los estándares conocidos es CDMA (Code Division Multiple Access) este
en lugar de frecuencias separadas se usan códigos digitales únicos. CDMA usa
una tecnología de Espectro Ensanchado, es decir la información se extiende sobre
un ancho de banda mucho mayor que el original, conteniendo una señal (código)
identificativa.
El último de los estándares importantes de esta generación es el GPRS General
Packet Radio Service; se considera como el estándar de una generación
intermedia entre la segunda (GSM) y la tercera (UMTS); GPRS proporciona datos
por conmutación de paquetes principalmente a las redes GSM basadas en
tecnología 2G.
15
Entre las ventajas obtenidas gracias al uso de este estándar destaca el hecho de
poder asignar más de un canal a cada comunicación sin miedo a saturar la red, el
abaratamiento de las tarifas ya que GPRS posibilita la tarifación por información
transitada y no por tiempo de conexión y la simplificación y bajo coste del proceso
de migración de una red GSM a otra UMT debido a que los cambios en una
antena para pasar de GSM a GPRS serían mínimos, además de compartidos en
un futuro por el protocolo UMTS.
Otra de las generaciones que cabe citar es la Tercera Generación la cual incluye
diversos mecanismos y estándares para el envío de datos como UMTS Universal
Mobile Telecommunications System el cual se trata sin lugar a dudas del sistema
de telecomunicaciones de tercera generación por excelencia.
Este estándar gestionado por el 3GPP (3rd Generation Partnership Group) está
basado a su vez en W-CDMA (Acceso Múltiple por División de Código de Banda
Ancha), que no es más que una interfaz de herencia militar para UMTS, que se
caracteriza por la utilización de una banda más ancha que su hermano pequeño
CDMA, lo que supone una serie de ventajas adicionales tales como: velocidades
de transmisión mejoradas (hasta 2 Mbps),Menos interferencias y, por tanto, una
voz de calidad mayor cobertura a nivel mundial ya sea de modo terrestre o a
través de satélite, dando como resultado una comunicación sin fisuras aún
estando en movimiento, posibilidad de acceso múltiple y de trabajar con dos
antenas simultáneamente, un mundo multimedia a disposición del usuario (video,
audio) y por ultimo mecanismos de seguridad ampliamente mejorados.
16
CAPITULO 2 TECNOLOGIAS PARA DISPOSITIVOS MOVILES
2.1. TELEFONÍA MÓVIL La red de telefonía móvil consiste en un sistema telefónico en el que mediante la
compaginación de una red de estaciones transmisoras-receptoras de radio
(estaciones base) y un conjunto de centrales telefónicas de conmutación, se
propicia la comunicación entre terminales telefónicos móviles o entre terminales
portátiles y teléfonos de la red fija tradicional.
El uso de la palabra celular referido a la telefonía móvil, procede del hecho de que
las estaciones base, que conectan vía radio los teléfonos móviles con los
controladores de estaciones base, están dispuestas en forma de una malla,
constituyendo células o celdas. Así, cada estación base está situada en un nodo
de estas células y tiene asignado un grupo de frecuencias de transmisión y
recepción propio.
Teniendo en cuenta que el número de frecuencias es limitado, con esta
distribución es posible utilizar las mismas frecuencias en otras células, siempre y
cuando no sean contiguas, para evitar de esta manera la interferencia entre ellas.
2.1.1. Concepto básico de radio celular
El concepto de radio celular es muy sencillo: cada área se divide en celdas
(células) hexagonales que se ajustan para así formar un patrón de panal. Se
escogió la forma de hexágono puesto que esta proporciona la transmisión más
eficiente aproximada a un patrón circular, mientras se elimina espacios presentes
entre los círculos adyacentes.
17
Una célula o celda se define por su tamaño físico y, también, por el tamaño de su
población y patrones de tráfico. El número de células por sistema lo determina el
proveedor y lo establece de acuerdo a los patrones de tráfico anticipados.
En la célula se encuentra dispuesto físicamente un transceptor de radio
frecuencia, las unidades móviles se comunican directamente con la estación base,
la cual trabaja como una estación retransmisora de alta potencia. Las unidades
móviles transmiten a la estación base y la estación base emite esas transmisiones
a una potencia mayor.
La idea de los sistemas celulares es emplear estaciones base de pequeña o
mediana potencia y brindar servicio a un área más limitada.
Esta zona de cobertura a la que proporcionara servicio una estación base se
denomina célula. En cada una de las células se puede utilizar una subbanda
(subconjunto de frecuencias), dentro de la banda total que el operador tenga
asignada. De manera tal que en una célula sólo se ofrecen una parte de todos los
radio canales de los que el operador tiene a disposición. Para dar cobertura a todo
el territorio es necesario emplear bastantes células.
Uno de los grandes beneficios que podemos evidenciar de estos sistemas es que
si las células están suficientemente alejadas podrán reutilizar el mismo radio
canal.
Un inconveniente se presentaría, si dos células contiguas utilizan el mismo radio
canal, ya que esto produciría una interferencia cocanal, si una señal a
determinada frecuencia es interferida por otra señal de la misma frecuencia con
potencia similar o mayor se hace imposible la adecuada demodulación de la señal
original. Sin embargo, si la señal interferente es suficientemente baja podría
18
considerarse un ruido despreciable y no causar problema alguno al demodular la
señal original.
Si las células que usan el mismo radio canal están lo suficientemente alejadas, al
menos la distancia conocida como distancia de reutilización, la señal de una no
incidirá a la de la otra y no habrá ningún problema con que las dos funcionen con
la misma frecuencia. De esta manera se define un reparto de los radio canales
disponibles por el operador entre varias células vecinas, lo que se conoce como
racimo o clúster y se repite este modelo para brindar cobertura a todo el territorio,
advirtiendo que las células que comparten el mismo radio canal deben estar
suficientemente alejadas.
Una estación base se compone de un transceptor de FM de baja potencia,
amplificadores de potencia, unidad de control y otro hardware, dependiendo de la
configuración del sistema. La radio celular usa varios transceptores con potencia
moderada en un área de servicio relativamente ancha.
2.1.2. Componentes Principales de un Sistema de Telefonía Celular Los elementos primordiales de un sistema de telefonía celular son: • Centro de Conmutación Electrónico Es un conmutador telefónico digital y es el motor del sistema celular. El
conmutador ejecuta dos funciones esenciales: Controla la conmutación entre la
red telefónica pública y los sitios de células para todas las llamadas de alámbrica a
móvil, móvil a alámbrica y móvil a móvil. También Procesa información recibida de
los controladores de Estación base que contiene el estado de la unidad móvil,
información de diagnóstico y compilación de facturas.
19
• Controlador de Estación base: Cada una de las células incluye un controlador de Estación base que trabaja bajo
el mando del centro de conmutación. El controlador de Estación base administra
cada uno de los canales de radio en el sitio, monitorea llamadas, enciende y
apaga el transceptor de radio, adiciona información a los canales de control y
usuario y efectúa pruebas de diagnóstico en el equipo de sitio de la célula.
• Transceptores de Radio: Los Transceptores de Radio empleados para la radio celular son FM de banda
angosta, con una frecuencia de audio de 300 Hz a 3 KHz. Cada célula está
compuesta por un transmisor y dos receptores de radio sintonizados a la misma
frecuencia. Se elige a cualquier receptor de radio que detecte la señal más fuerte.
• Unidades de Telefonía Móvil: Cada unidad de teléfono móvil está conformada por una antena móvil, una unidad
de control, una unidad lógica y un transceptor de radio. La unidad de control
contiene todas las interfaces de usuario, incluyendo un auricular. El transceptor de
radio utiliza un sintetizador de frecuencias para sintonizar cualquier canal del
sistema celular asignado. La unidad lógica interrumpe las acciones del suscriptor y
los comandos del sistema y manipula al transceptor y las unidades de control.
• Protocolo de Comunicaciones: El último elemento del sistema celular es el Protocolo de Comunicaciones quien
dirige la manera en que una llamada telefónica es establecida. Los protocolos
celulares varían entre países.
20
2.1.3. Las técnicas de acceso múltiple Para aumentar el número de usuarios en un sistema basado en celdas una de las
tácticas más importantes radica en la técnica de acceso múltiple que éste sistema
emplee. Estas técnicas de acceso múltiple en un sistema inalámbrico permiten
que varios usuarios puedan accesar simultáneamente un canal o un grupo de
frecuencias, lo que posibilita el uso eficiente del ancho de banda.
Existen tres técnicas para compartir un canal de Radio Frecuencia (RF) en un
sistema celular:
Multiple Access)
• TDMA (Acceso Múltiple por División de Tiempo, Time Division Multiple Access)
• CDMA (Acceso Múltiple por División de Código, Code Division Multiple Access)
2.1.3.1. Fdma (Frecuency Division Multiple Access) Los sistemas celulares basados en FDMA fueron la base de los primeros sistemas
celulares en el mundo. FDMA fue implementado en la banda de 800 MHz
utilizando un ancho de banda de 30 KHz por canal.
FDMA fracciona el ancho de banda en frecuencias, cada frecuencia sólo puede
ser utilizada por un usuario durante una llamada. Debido a la limitación en ancho
de banda, esta técnica es bastante ineficaz ya que se saturan los canales al
incrementar el número de usuarios alrededor de una celda. Esta técnica de acceso
múltiple fue predominante en los sistemas celulares analógicos de la primera
generación.
21
2.1.3.2. Tdma (Time Division Multiple Access) Luego de la inclusión de FDMA, operadores celulares y fabricantes de equipo
inalámbrico consideraron las limitaciones de esta técnica de acceso analógica.
Años después aparecen los primeros sistemas celulares digitales basados en
TDMA.
Los sistemas celulares bajo esta técnica utilizan el espectro de manera muy
similar a los sistemas FDMA, con cada radio base ocupando una frecuencia
distinta para transmitir y recibir. Sin embargo, cada una de estas dos bandas se
divide en tiempo para cada usuario en forma de round-robin. Por ejemplo, TDMA
de tres ranuras divide la transmisión en tres periodos de tiempo fijos (slots), cada
una con igual duración, con una asignación particular de ranuras para transmisión
para uno de 3 posibles usuarios. Este tipo de metodología requiere una
sincronización precisa entre la terminal móvil y la radio base.
2.1.3.3. Cdma (Code Division Multiple Access) Algunos investigadores en la década de los 80`s detectaron el potencial de una
tecnología conocida como espectro disperso (spread spectrum) la cual era
utilizada para aplicaciones militares pero que también podría ser usada para
telefonía celular. Esta tecnología de espectro disperso implica la transformación de
la información de banda angosta a una señal de banda amplia para transmisión, la
cual puede ser vista como una manera de aumentar las capacidades de los
sistemas TDMA que limitan el número de usuarios al número de ranuras de
tiempo.
En los sistemas CDMA los usuarios transmiten en el mismo ancho de banda
simultáneamente. En esta técnica de transmisión, el espectro de frecuencias de
una señal de datos es esparcido usando un código el cual no está relacionado con
dicha señal. Como resultado el ancho de banda es mucho mayor
22
Este sistema emplea códigos matemáticos para transmitir y diferenciar entre
diversas conversaciones inalámbricas. Los códigos utilizados para el
esparcimiento tienen pequeños valores de correlación y son únicos para cada
usuario. Esta es la razón por la que el receptor de un determinado transmisor, es
capaz de elegir la señal deseada.
Los usuarios usan la misma banda de frecuencia y cada señal es reconocida por
un código especial, que ejerce como una clave reconocida por el transmisor y el
receptor. La señal recibida es la sumatoria de todas las señales "unidas", y cada
receptor debe clasificar e identificar las señales que le corresponden de las demás
señales. Para hacer esto utiliza un código que corresponde con el código
transmitido.
La primera operación conlleva a encontrar el código correcto, y de esta manera
sincronizar el código local con el código entrante. Una vez ha ocurrido la
sincronización, la correlación del código local y del código entrante permite a la
información apropiada ser extraída y las otras señales ser denegadas.
Además admite que dos señales idénticas que provienen de diversos orígenes,
sean demoduladas y combinadas, de tal modo que prospere la calidad de la
conexión, por lo que es también una virtud el uso simultáneo de varios satélites
(diversidad). Igualmente, una de las principales características de la tecnología
CDMA es que hace prácticamente imposible que sea objeto de interferencias e
interceptaciones, ofreciendo gran seguridad en las comunicaciones
23
2.2 EVOLUCIÓN EN LOS SISTEMAS DE TELEFONÍA MÓVIL
Podemos diferenciar dos tipos de redes de telefonía móvil a continuación una
pequeña introducción de estas:
2.2.1. Red de telefonía móvil analógica (TMA) En esta red la comunicación se efectúa mediante señales vocales analógicas
tanto en el tramo radioeléctrico como en el terrestre. En su primera versión se
desempeño en la banda radioeléctrica de los 450 MHz, trabajando posteriormente
en la banda de los 900 MHz
2.2.2. Red de telefonía móvil digital En esta red la comunicación se produce mediante señales digitales, lo que permite
optimizar tanto el aprovechamiento de las bandas de radiofrecuencia como la
calidad de transmisión.
Su exponente más significativo en el ámbito público es el estándar GSM y su
tercera generación, UMTS. Hay otro estándar digital, presente en América y Asia,
denominado CDMA.
2.2.2.1. Primera generación
En la primera generación se operaba con diferentes áreas de llamadas y los
terminales requerían un alto poder de transmisión. Estos sistemas poseen una
baja capacidad y son muy costosos de implementar, así que el número de
usuarios era muy selecto. El punto de inclinación llegó a finales de los años 70 y
principios de los años 80 con la introducción de la concepción celular y la inclusión
de la telefonía móvil llegando a estar disponible para un número mayor de
usuarios. A partir de aquí fueron surgiendo paulatinamente muchos estándares a
24
nivel mundial pero con un cierto desorden porque cada país o grupo pequeños de
países manejaban su propio estándar.
En el contexto de la primera generación, Estados Unidos se desarrollo AMPS
mientras que en Europa se presentó con el nombre de NMT, un estándar abierto.
Todos los desarrolladores tenían permisos para esbozar sistemas que fueran
compatibles con el estándar. Además el estándar incluía descripciones de las
interfaces de radio y de otras interfaces incluyendo el link entre la estación base y
un switch.
Pero NMT no fue el único estándar Europeo porque mientras éste se extendía en
los países nórdicos, en el Reino Unido se gesto un estándar basado en el
americano y que recibió el nombre de TACS (Total Access Communication
System). Sin embargo este estándar utilizaba otra banda de frecuencia diferente a
la del estándar americano, porque antes de su desarrollo los británicos ya tenían
asignada una banda de frecuencia para la telefonía móvil; la banda de 900MHz.
De otro modo en Estados unidos se comenzó a utilizar FDMA/FDD como técnica
de acceso al medio, la cual es una técnica de acceso múltiple por división de
frecuencia y dos frecuencias portadoras diferentes para establecer la
comunicación entre el transmisor y el receptor.
Es así como la AMPS fue estandarizada y establecida en la redes de telefonía de
los Estados Unidos en 1981. El punto de partida fue que el roaming debería estar
disponible entre redes, aunque esto no estuvo disponible a gran escala hasta los
años 90. A principios de esta década Motorola desarrollo NAMPS una variante
de AMPS. El espacio de canal es reducido lo que incrementa la eficiencia en
frecuencia en un factor de 3.
25
Mientras esto ocurría en occidente, Japón también se dedico a investigar y
origino su propio estándar llamado NTT (Nippon Telegraph and Telephone). Fue
este país quién a finales de los setenta instaló el primer sistema celular que
también se conoció por MSCL1. A mediados de los años 80 cuando surgió la
capacidad de celdas, desarrollaron un nuevo estándar; MSCL2, con un eficiencia
del espectro mucho mayor, pero que continuaba trabajando en la misma banda
de frecuencia. Esta segunda versión no permite teléfonos de bolsillo, sólo eléfonos
de automóviles. NTT es un sistema usado exclusivamente en Japón.
2.2.2.2. Segunda generación
Los sistemas de la segunda generación se basan en la tecnología digital y son
capaces de proveer transferencia de voz, datos y fax, así como muchos otros
servicios suplementarios. Los sistemas de la segunda generación continuaron
evolucionando y alcanzando mayores velocidades de datos mediante nuevas
tecnologías como, por ejemplo, HSCSD (Datos por conmutación de circuitos de
alta velocidad) y GPRS (Servicio general de radio por paquetes).
Entre los estándares de la segunda generación se incluyen GSM, US-TDMA (IS-
136), CDMAOne (IS-95) y PDC. Los sistemas US-TDMA y PDC se diseñaron
sobre tecnología analógica ya existente de la primera generación y con la premisa
de la compatibilidad y el funcionamiento en paralelo con las redes analógicas.
Por el contrario, los sistemas GSM e IS-95 se basan en un concepto totalmente
nuevo y se han difundido exitosamente por todo el mundo.
La segunda generación aprovecha las ventajas de los sistemas anteriores de la
primera generación, pero al introducir la comunicación digital, tanto para las
comunicaciones vocales y de datos como para la señalización, permite la
prestación de un gran número de servicios adicionales. Asimismo, mejora la
eficiencia de los sistemas analógicos permitiendo, en consecuencia un incremento
en la capacidad de manejo de tráfico.
26
Como se mencionaba anteriormente en esta generación se desarrollaron varios
estándares entre los cuales se encuentra GSM Sistema global para
comunicaciones móviles el cual opera fundamentalmente en tres frecuencias: 900
MHz, 1.800 MHz y 1.900 MHz. Desde que muchos operadores de redes GSM
empezaron a firmar acuerdos de roaming con operadores extranjeros, los usuarios
pueden usar sus teléfonos móviles cuando viajan al extranjero. Es un sistema
estándar para comunicación utilizando teléfonos móviles que incorporan
tecnología digital. Por ser digital cualquier cliente de GSM puede conectarse a
través de su teléfono con su computador y puede enviar y recibir e-mail, fax,
navegar por Internet, acceso seguro a la red informática de una compañía
(LAN/Intranet), así como, utilizar otras funciones digitales de transmisión de datos,
incluyendo el Servicio de Mensajes Cortos (SMS).
Todas las redes GSM se componen de cuatro elementos fundamentales y bien
diferenciados:
• Módulo de Identificación de Abonado (SIM – Subscriber Identity Module)
• BSS (Sub Sistema De Estación Base - Base Station Subsystem)
• NSS (Sub Sistema De Conmutación De Red - Network and Switching
Subsystem)
Otra de las tecnologías empleadas en esta generación es CDMAONE está
reconocido mundialmente como la marca comercial para IS-95 CDMA, esta es una
de las tecnologías inalámbricas más rápidas del mundo. La tecnología CdmaOne
ofrece a los operadores gran eficiencia espectral, excelente calidad de llamada,
planeación de sistema simplificada - por medio del uso de la misma frecuencia en
cada sector de cada célula; privacidad mejorada e incremento en el tiempo de
llamada para los dispositivos portátiles.
27
Enfocándose a las necesidades de crecimiento para aplicaciones avanzadas de
voz y datos, CdmaOne ofrece servicios de datos para paquetes conmutados en
circuitos, fax digital y fax analógico, también ofrece un camino evolutivo a la
tecnología de tercera generación, CDMA2000 preservando las inversiones en
equipo.
CDMA usa una velocidad básica de 9,6 Kbps en cada canal de comunicación.
Esta velocidad es aumentada hasta los 1,2288 Mbps que se emplean para
transmitir la señal por el canal de radio. Estos 9,6 Kbps empleados por este
sistema incluyen tanto la transmisión de la voz codificada como la señalización y
la codificación para corrección de errores.
Por otra parte en Japón se estableció el estándar PDC (Pacific Digital Celular) el
cual emplea un sistema TDMA con tres ranuras de tiempo como IS-54. Las tres
ranuras de tiempo resultan de velocidad de modulación de 42 Kbps y un ancho de
canal de 25kHz. En este estándar la estación base y los terminales móviles usan
diversidad de antena, de esta manera se ha hecho un intento para evitar el uso de
ecualizadores complicados (como en GSM y DAMPS).Los servicios de fax y datos
trabajan a 9,6 Kbps
2.2.2.3. Generación 2.5 La generación 2.5G ofrece características extendidas, ya que cuenta con más
capacidades agregadas que los sistemas 2G. Entre los sistemas de 2.5G se
encuentran: GPRS (General Packet Radio System), HSCSD (High Speed Circuit
Switched), EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution), IS-136B e IS-95Bm
entre otros.
El HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) Datos por Conmutación de
Circuitos a Alta Velocidad, es una plataforma multislot para transmisión de datos a
alta velocidad mediante circuitos conmutados GSM, comercializada a partir de
28
1999. Elimina la barrera de las redes de bajo rendimiento, proporcionando a los
usuarios el mismo rendimiento, o incluso mayor, que las conexiones fijas. HSCSD
puede ofrecer transmisión de datos a una velocidad de hasta 57,6 Kbps o
superior, cuando se combina con productos de compresión y filtro., algunas de las
aplicaciones que se pueden beneficiar del HSCSD son: la videoconferencia,
transferencia de fichero, difusión de tv, el e-mal, fax, acceso a LAN, seguridad,
navegación por internet, entre muchas otras
Por su parte GPRS (Global Packet Radio Service) es un sistema basado en GSM,
compartiendo el mismo rango de frecuencias. Utiliza una transmisión de datos por
medio de paquetes, al contrario de GSM que emplea conmutación de circuitos. La
conmutación de paquetes es un procedimiento más adecuado para transmitir
datos, hasta entonces los datos se habían transmitido mediante conmutación de
circuitos, procedimiento más adecuado para la transmisión de voz.
El uso de GPRS permite a los usuarios enviar y recibir datos a una velocidad
máxima de 115kbps. La tecnología GPRS está particularmente indicada para
transmitir pequeños y grandes volúmenes de datos, como e-mail y buscador de
Web. Al sistema GPRS se le conoce también como GSM-IP ya que usa la
tecnología IP (Internet Protocol) para acceder directamente a los proveedores de
contenidos de Internet. Dos de las características principales de la tecnología
GPRS son que los canales se comparten entre varios usuarios y que se obtiene
mayor velocidad y eficiencia de la red. Con la tecnología GPRS se da un paso
hacia la localización geográfica, en función de donde se encuentre el usuario, la
operadora le puede ofrecer mayor información de la zona.
Otro de los sistemas empleados en dicha generación es EDGE (Enhanced Data
Rates for Global Evolution) esta es una tecnología que cumple con las demandas
de la Tercera Generación (3G) para el envío de datos inalámbricos a gran
29
velocidad y el acceso a Internet. Ofrece a los operarios un servicio 3G económico
y espectralmente eficiente para el sistema de bandas actuales.
Esta tecnología envía datos, servicios de multimedia y aplicaciones a gran
velocidad (tan altas como 473 Kbps) y provee una eficiencia espectral que es
competitiva con cualquier otra tecnología en el mercado.
EDGE es un sistema de radio con red móvil que permite que las redes actuales
de GSM ofrezcan servicios de 3G dentro de las frecuencias existentes. Como
resultado evolutivo de GSM/GPRS, EDGE es una mejora a las redes GPRS y
GSM. GPRS es una tecnología portadora de datos que EDGE refuerza con una
mejora de la interfaz de radio, y proporciona velocidades de datos tres veces
mayores que las de GPRS.
Añadir EDGE a la red de GPRS significa aprovechar en toda su extensión las
redes de GSM.EDGE puede incrementar el rendimiento de la capacidad y
producción de datos típicamente al triple o cuádruple de GPRS, proporcionando
así un servicio de 3G espectralmente eficiente. En particular, EDGE permite que
se indaguen todas las ventajas de GSM/GPRS, con el establecimiento de una
rápida conexión, mayor amplitud de banda y velocidades en la transmisión de
datos medios de 80-130 Kbps y tan rápidas como 473 kbps.
2.2.2.4. Tercera generación
La tercera generación (3G) se caracteriza por soportar la concurrencia de voz y
datos con acceso inalámbrico a Internet; en pocas palabras, es apta para
aplicaciones multimedia y altas transmisiones de datos.
30
Los protocolos empleados en los sistemas 3G soportan altas velocidades de
información y están enfocados para aplicaciones más allá de la voz como audio
(mp3), video en movimiento, videoconferencia y acceso rápido a Internet, sólo por
nombrar algunos.
Las redes de tercera generación empezaron a operar en el 2001 en Japón, por
NTT DoCoMo; en Europa y parte de Asia en el 2002, posteriormente en Estados
Unidos y otros países.
Sobre esta generación podemos hablar sobre el Sistema Universal de
Telecomunicaciones Móviles (UMTS), seleccionado por ITU como uno de los
sistemas de la familia
Este sistema fue desarrollado para ofrecer servicios multimedia interactivos y
nuevas aplicaciones de banda ancha, por lo cual es fundamental soportar
elevadas velocidades de transmisión, la utilización del protocolo IP depende del
servicio que se ofrezca en particular. En el caso por ejemplo del acceso a
contenidos alojados en servidores Web, el protocolo IP es fundamental.
Entre todas las tecnologías consideradas para la interfaz de aire de UMTS, ETSI
eligió en enero de 1998 la nueva tecnología WCDMA (Wideband Code Division
Multiple Access), en operación FDD (Frequency Division Dúplex) espectro
pareado, aunque también se ha tenido en cuenta la TD-CDMA en operación TDD
(Time Division Dúplex) espectro no-pareado para uso en recintos cerrados, lo que
constituye la solución llamada UTRA-WCDMA (UMTS Terrestrial Radio Acces -
WCDMA), que es una técnica de acceso múltiple por división de código que
emplea canales de radio con una ancho de banda de 5 MHz.
Otra de las tecnologías excluyentes de tercera generación es CDMA2000, siendo
esta el resultado evolutivo de CdmaOne, el cual ofrece a los operadores que han
31
desplegado un sistema CdmaOne de segunda generación, una migración
transparente que respalda económicamente la actualización a las características y
servicios 3G, dentro de las asignaciones del espectro, tanto para los operadores
celulares como los de PCS (Personal Comunication Service).
A fin de facilitar la migración de CdmaOne a las capacidades de cdma2000,
ofreciendo características avanzadas en el mercado de una manera flexible y
oportuna, su implementación se ha dividido en dos fases evolutivas.
Las capacidades de la primera fase se han definido en una norma conocida como
1XRTT. Esta norma introduce datos en paquetes a 144 Kbps en un entorno móvil
y a mayor velocidad en un entorno fijo. Las características disponibles con 1XRTT
representan un incremento doble, tanto en la capacidad para voz como en el
tiempo de operación en espera, así como una capacidad de datos de más de 300
Kbps y servicios avanzados de datos en paquetes.
Adicionalmente extiende considerablemente la duración de la batería y contiene
una tecnología mejorada en el modo inactivo. Se ofrecen todas estas capacidades
en un canal existente de 1.25 MHz de CdmaOne.
En la segunda fase evolutiva, se incorpora las capacidades de 1XRTT, utiliza tres
portadoras de 1,25 MHz en un sistema multiportadora para prestar servicios de
banda ancha de 3G.
Cdma 3XRTT proporciona velocidad de circuitos y datos en paquete de hasta 2
Mbps, adiciona capacidades avanzadas de multimedia e incluye una estructura
para los servicios de voz y codificadores de voz 3G, entre los que se destaca los
datos de paquetes de “voice over” y de circuitos.
32
Por último cabe hablar de la tecnología Cdma2000 1XEV basado en el estándar
1X, el sistema 1XEV aumenta la velocidad de procesamiento de datos, obteniendo
velocidades máximas de 2 Mbps, sin tener que utilizar más de 1,25 MHz del
espectro. Los requisitos para los operadores recién establecidos con respecto a
1XEV establecen dos fases. En la primera Cdma2000 1XEV-DO se ofrecen
velocidades de datos en punta de 2.4 Mbps La fase 2, Cdma2000 1X EV-DV se
centra en las funciones de datos y de voz en tiempo real, así como en la mejora
del funcionamiento para mayor eficiencia en voz y en datos.
2.2.2.5. Cuarta Generación
4G es la sigla de la cuarta generación de tecnologías de telefonía móvil. Está se
basa totalmente en IP, siendo un sistema de sistemas y una red de redes, no es
una tecnología o estándar definido, sino una recopilación de tecnologías y
protocolos para generar el máximo rendimiento de procesamiento, alcanzándose
después de la convergencia entre las redes de cables e inalámbricas así como en
computadores, dispositivos eléctricos y en tecnologías de la información así como
con otras convergencias para brindar velocidades de acceso entre 100 Mbps en
movimiento y 1 Gbps en reposo, manteniendo un servicio de punto a punto con un
alta seguridad y permitiendo ofrecer servicios de cualquier clase en cualquier
momento, con un costo mínimo
Esta convergencia de tecnologías procede de la necesidad de agrupar los
diferentes estándares en uso con el fin de delimitar el ámbito de funcionamiento de
cada uno de ellos y con el fin de integrar todas las posibilidades de comunicación
en un único dispositivo de forma transparente al usuario.
El objetivo que busca la 4g es el de garantizar calidad de servicio y el
cumplimiento de las condiciones mínimas para la transmisión de servicios de
33
mensajería multimedia, video chat, TV móvil o servicios de voz y datos en
cualquier momento y en cualquier lugar empleando siempre el sistema que mejor
servicio suministre. En resumen, el sistema 4G debe ser capaz de compartir de
forma dinámica y utilizar los recursos de red economizando los requerimientos del
usuario.
Algunos de los estándares fundamentales para 4G son WiMAX, WiBro, y 3GPP
LTE (Long Term Evolution). Para hacer realidad esta red es necesario no sólo
integrar las tecnologías existentes (2G, 3G...), también es imperioso hacer uso de
nuevos esquemas de modulación o sistemas de antenas que permitan la
convergencia de los sistemas inalámbricos.
El LTE o Long Term Evolution es una tecnología, basada en el uso de protocolos
IP, que ocupa la banda de los 700 MHz. En la descarga con LTE se emplea una
modulación OFDMA (acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal). Las
subportadoras se modulan con un rango de símbolos QPSK, 16QAM o 64QAM.
La subida de archivos con LTE usa división de portadora simple de acceso
múltiple (SC-FDMA) para simplificar el diseño y reducir picos de ratio medio y
consumo energético.
Otro de los estándares desarrollados sobre esta generación es la tecnología
WiMAX (World Interoperability from Microwave Acces o interoperabilidad mundial
para acceso por microondas). Este admite velocidades cercanas de las del ADSL
pero sin cables y hasta una distancia de 50 a 60 km.
WiMAX es una tecnología fundamentada en OFDM, y el cual cuenta con 256
subportadoras que posibilita el hecho de transmitir datos a una tasa de hasta 75
Mbps con una eficiencia espectral de 5 bps/Hz y brinda soporte para múltiples
34
usuarios con una escalabilidad de canales de 1,5 a 20 MHz. Además el estándar
soporta niveles de servicio (SLA) y calidad de servicio (QoS).
Tabla 2. Comparación de las generaciones de telefonía móvil
Generación Características Velocidad
simultanea
Velocidades
• Permite encriptación de datos
utilicen los canales separados
CDMA
(Internet)
115 kbps
GPRS, HSCSD,
hablar y transmitir datos
videollamadas
straming de video HD
online
100 Mbps en
movimiento de 1
gb/s en reposo
WiMAX y LTE
Se puede concluir según la tabla 2 que a medida que evolucionan las tecnologías
de transmisión de datos estas soportan cada vez mayores tasas de transferencia
y diversas cualidades que permiten el uso de nuevas aplicaciones, como se puede
evidenciar en la cuarta generación la cual nos brinda unas altas velocidades de
transmisión antes impensadas y superiores a las empleadas en generaciones
anteriores. Además las técnicas utilizadas para este proceso progresan día tras
día generando un gran beneficio sobre los consumidores tanto en los
abaratamientos de los costos como en la disposición de diversas herramientas
que permiten la comunicación de manera más efectiva y optima
2.3. FABRICANTES
2.3.1. Plataformas (sistemas operativos)
Una plataforma de desarrollo es un entorno en el cual un programador
puede crear un programa u aplicación para facilitar las operaciones,
transacciones y procesos a los que se enfrenta diariamente.
Después de la introducción de los dispositivos móviles se vio la necesidad de
desarrollar plataformas específicas para este tipo de dispositivos y sus
características, facilitando así la creación de nuevas aplicaciones de software para
mejorar sus capacidades.
Cada plataforma cuenta con su modelo de desarrollo, lenguajes de
programación, marcos de trabajo, herramientas y distintas opciones de
implantación. Actualmente los desarrolladores pueden crear aplicaciones para
dispositivos móviles, teléfonos inteligentes de pantalla táctil y tabletas con la
misma facilidad y calidad que en cualquier plataforma de ordenadores de
escritorio.
Las plataformas más importantes para dispositivos móviles son Symbian, Android,
Research In Motion, iOS, Microsoft, como se muestra en la Tabla 3.
Tabla 3. Ventas mundiales de Smartphone a usuarios finales por sistema operativo en 2010 (miles de unidades) Compañía Unidades
2010 Cuota de
Research In Motion
Otros Os 11417.4 3.8 10432.1 6.1
Total 296,646.6 100.0 172,376.1 100.0
Fuente: Gartner (Febrero 2011)
En la tabla 3, se muestra un estudio de los sistemas operativos en los
Smartphone más vendidos, Android creció en un 888.8 % en ventas de
unidades en 2010 y se convirtió en el más vendido.
En los ordenadores personales, la pelea entre diferentes sistemas operativos
está casi limitada a tres: Windows, MAc y GNU. Pero cuando hablamos de
sistemas operativos para móviles, ahí la cosa está mucho más abierta, hay más
37
de cinco sistemas operativos diferentes están en la pelea por el primer lugar.
Pero sólo uno puede ser el primero, y en este caso, el que lleva la delantera es el
que está basado en Linux, Android.
2.3.2. CELULARES TIPO SMARTPHONES Y TABLETS
Figura 1. Tablet y Smartphone
Tabla 4. Comparación entres los dispositivos Smartphone más vendidos en el
mundo.
Información
general
Peso 137 106 109 g (estándar Li-Ion 1320
mAh (BL-5J))
TFT capacitiva, 16M colores
2,46 pulgadas, TFT, 65K
640X960 320x240 640.00X 640
Dimensiones 115,2 x 58,6 x 9,3 píxeles 109 X 60 X 13,9 píxeles 111,00 X 51,70 X 15,50
Pixeles
capacitiva
5.76 Mbps
Si Sí
Pop Mail Sí
cámara con autofocus y
2592,0 1944,0 X píxeles 1600,0 1200,0 X píxeles
Image Zoom Sí, Zoom Digital Sí, zoom digital de 5x Sí, Zoom Digital
Captura de video Sí Sí Sí VGA @ 30fps
Resolución de video Sí, 720p @ 30 fps, lámpara
de video LED, Geo-
audio: AAC-LC +, AAC, eAAC
RDS
Reproductor de
vídeo: MPEG4, H.263,
ranuras), 32 a 48 Kbps.
Sí, Clase 10 (4 +1 / 3 +2
ranuras), 32 a 48 Kbps.
Sí, la clase 32
Borde Sí, Clase 10, 236.8 Kbps Sí, Clase 10, 236.8 Kbps Sí, la clase 32
Wi-Fi Sí, Wi-Fi 802.11 b / g / n Sí, Wi-Fi 802.11b / g Sí, Wi-Fi 802.11 b / g,
39
tecnología UPnP
Mobile Sync
Bluetooth Sí, v2.1 con A2DP Sí, v2.0 con A2DP Sí, v2.0 con A2DP
Infrarrojo No No No
Memoria
Expandible No Sí, hasta 32 GB MicroSD (TransFlash), hasta
16 GB, 8 GB incluido
Guía telefónica Prácticamente ilimitado
(BL-5J))
7 horas (3G) Horas
Hasta 4,5 horas Hasta 8 h 45 min (2G) / 5 H
(3G) Horas
hasta 300 horas (3G) Horas
Hasta 17 días Horas Hasta 406 H (2G) / 408 H
(3G) Horas
Plataforma IOS 4 (basado en Mac OS)
Juegos Sí Sí Sí + Java descargables
Otros
RSS Feeds
Internet explorer Sí, HTML (Safari) Sí, HTML WAP 2.0/xHTML, HTML,
RSS Feeds
40
En la tabla 4, se realizo un análisis comparativo entre tres tipos de Smartphones
los cuales son de última tecnología, y actualmente son las más vendidas en el
mundo, a pesar de que estos teléfonos son muy similares el cliente siempre busca
cual es el mejor en cuanto a velocidad, funcionamiento y comodidad, si
analizamos las características de cada Smartphone podemos notar que todos
operan bajo la tecnología 3G, estos móviles no están aptos para trabajar sobre la
generación (4g).
MARCAS IPAD 2 HP TOUCHPAD BLACKBERRY PLAY
BOOK
GHz
Procesador de doble
Memoria 512 MB 1 GB 1 GB
Pantalla 9,7 pulgadas 9,7 pulgadas 7 pulgadas
Resolución 1024 × 768 píxeles (132 ppp) 1024 × 768 píxeles (132
ppp)
vídeo a 720p
Frontal de 1,3
acelerómetro, sensor de luz
ambiental y brújula digital
Giroscopio de tres ejes,
+ EDR (modelo 3G cuatribanda
tribanda yEDGE)
Wi-Fi 802.11n,
Bluetooth 2.1
+ EDR(modelo 4G)
Capacidad 16, 32 o 64 GB 16 o 32 G 16, 32 o 64 GB
Autonomía Hasta 10 horas Hasta 8 horas Hasta 5 horas
Entradas y
clavijas, auriculares estéreo de
micrófono
(QNX)
Aplicaciones
específicas
Dimensiones
(grosor)
Peso 601 / 613 gramos 740 gramos 425 gramos
Precio Desde 499 dólares Desde 699 dólares Desde 499 dólares
En la tabla 5 se presenta un análisis comparativo entre tres tipos de tablets, las
cuales son de última tecnología, y actualmente son las más vendidas en el mundo,
en esta se establecen las características técnicas de cada dispositivos dispuesto
por su fabricante.
Debemos tener claro que las Tablets no son equipos de los cuales esperamos
procesamiento de información compleja, ejemplos bases de datos, accesos a
aplicaciones corporativas, hojas electrónicas, etc. Más bien son dispositivos de
uso personal como parte de nuestras soluciones de comunicación, acceso a
información de internet y por supuesto a nuestros archivos multimedia (fotos,
videos, música), por tanto, las máximas para su selección serían portabilidad y
accesibilidad.
Una tablet debe ser liviana, con una buena capacidad de almacenamiento, una
excelente resolución, no menor a 10 pulgadas de tamaño de pantalla, con buenas
capacidades multimedia en cuanto a fotos y video, que acepte aplicaciones o
42
permita visualizar páginas web que posean Flash, que por supuesto tenga una
buena disponibilidad de aplicaciones en su Market Place, que el precio sea
solidario, que por supuesto tenga soporte o representación de soporte en el país.
CAPITULO 3. ESTABLECIMIENTO DE CRITERIOS COMPARATIVOS
En el presente capitulo se expondrá las nuevas tendencias en la transmisión de
datos, enfocados en la cuarta generación que es el sistema que se está
adoptando a nivel mundial en la actualidad, son nuevos estándares que superan
los servicios anteriores con grandes ventajas.
Primero se esbozaran las técnicas de acceso múltiple que se emplean en la cuarta
generación como lo son OFDMA y OFDM pues estas son utilizadas en los dos
estándares que posteriormente se contrastaran como lo son (LTE y WIMAX)
dichos estándares cuentan con determinadas características que posteriormente
se detallaran para así finalmente presentar un cuadro comparativo de los
anteriormente mencionados
Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), cuyo significado es Acceso
Múltiple por división ortogonal de frecuencia, es una técnica de multiplexación de
diversas portadoras. La base del OFDM se basa en el acoplamiento de múltiples
portadoras moduladas solapadas espectralmente, pero manteniendo las señales
moduladas ortogonales, de manera que no se producen interferencias entre ellas.
Además, es posible utilizar diferentes técnicas de modulación entre portadoras,
con lo cual se consigue una funcionalidad extra.
43
OFDM procede de la modulación por división en frecuencia (FDM), dónde los
datos se transmiten a través de diversas portadoras separadas en frecuencia y
nunca solapadas. Sin embargo, en OFDM gracias a la ortogonalidad puede existir
solape de las subportadoras lo cual mejora la eficiencia espectral
En recepción las portadoras deben ser fraccionadas antes de demodular. En las
técnicas de multiplexación tradicionales FDM, se utilizan filtros pasa banda en
cada una de las frecuencias, por lo que además de no solapar las bandas, era
obligatoria la reserva de bandas de guarda. Un método de conseguir una mayor
eficiencia espectral es solapar las portadoras, mediante el uso de una DFT tanto
en modulación como en demodulación, que es en lo que se basa el OFDM.
Para ello se hace coincidir los lóbulos espectrales principales con los nulos del
resto de portadoras, manteniendo la señal ortogonal.
El concepto de OFDM está basado en asignar la gran velocidad de datos entre
múltiples portadoras a baja velocidad. La ortogonalidad entre las portadoras se
obtiene usando la transformada rápida de Fourier (FFT).
Los principales argumentos del uso de OFDMA en la tecnología WiMAX son:
• Tolerancia a la interferencia por multitrayecto.
• Resistencia al desvanecimiento selectivo en frecuencia.
• Ancho de banda escalable.
OFDMA permite a múltiples usuarios transmitir en diferentes subportadoras por
cada símbolo OFDM. Así, se asegura de que las subportadoras se asignan a los
usuarios que ven en ellas buenas ganancias de canal.
44
3.2. WIMAX
Este sistema es una tecnología de última milla, que posibilita la recepción de
microondas y la posterior retransmisión por ondas de radio, la cual es muy
adecuada para proporcionar servicios de banda ancha en zonas rurales donde el
despliegue de fibra óptica, cable, cobre, presenta unos costos muy elevados por
usuario.
La capacidad de transmisión en WiMAX obedece al ancho de banda del canal que
se esté empleando. WiMAX precisa un canal donde se puede elegir el ancho de
banda, entre 1.25 MHz y 20 MHz, lo cual permite desarrollos muy flexibles.
WiMAX móvil posee la ventaja de admitir mejor la co-interferencia y la interferencia
debida al multitrayecto. A su vez la eficiencia espectral máxima es de 1.9 bps/Hz
frente a 0.9 de HSPA, por lo que WiMAX requiere menos estaciones base para
conseguir la misma densidad de datos.
La capa física OFDM, empleada por WiMAX, es más amigable para soportar
MIMO que los sistemas CDMA desde el punto de vista de la complejidad
requerida para una misma ganancia.
OFDM hace más fácil el aprovechamiento de conceptos tales como la diversidad
de frecuencia y la diversidad multiusuario, con el objetivo de mejorar aun más la
capacidad del sistema. WiMAX ofrece picos en las tasas de transferencia más
altos, gran flexibilidad, tasas de transferencias promedio mayores y mejor
eficiencia espectral.
Además WiMAX tiene la capacidad de mantener eficientemente enlaces
simétricos y soporta ajustes dinámicos y flexibles en relación de las velocidades
de subida y bajada.
Las técnicas de diversidad provee dos ventajas principales:
• La primera es la fiabilidad, ya que es la solución optima para entornos con
canales multitrayecto, al tratar los efectos de los nulos que aparecen por la
reflexiones. Así, diversos estudios confirman que se producen ganancias de
diversidad del orden del 10 dB.
• La segunda virtud que se detecta es que la potencia media de señal
recibida aumenta, con lo cual se produce una notable mejora respecto a los
sistemas que no implementan este mecanismo
En general existen tres tipos de diversidad: la espacial la cual se fundamenta en
la utilización de múltiples antenas, la de polarización donde las antenas laboran
con polarizaciones ortogonales y, por último, la de patrón o ángulo que se basan
en el uso de conformación de haz.
3.2.2 Antenas inteligentes (smart antennas).
Las antenas inteligentes (smart antennas) son empleadas en las principales redes
inalámbricas, permitiendo rendimientos superiores al 50% respecto al anterior,
además de la comodidad de poder orientar el haz de la antena a las necesidades
particulares. Las antenas inteligentes proporcionan beneficios en términos de
capacidad y funcionamiento respecto a las antenas estándares, ya que pueden
adaptar su patrón de radiación para adecuarse a un tipo determinado de tráfico o a
entornos difíciles.
Las smart antennas aumentan su rendimiento mediante la combinación de las
dimensiones espaciales de la antena con la dimensión temporal (throughput). Así
se logra disminuir la interferencia de las celdas vecinas y se amplía la tasa de
transferencia. Existen dos tipos básicos: Las primeras de ellas son las antenas de
46
array en fase o haces conmutados las cuales pueden utilizar un número de haces
fijos eligiendo el más adecuado o con un haz enfocado hacia la señal deseada
que se mueve con ella. El segundo tipo de antenas son las Array de antenas
adaptativas; estas utilizan diversos elementos de antena que tramitan la
interferencia y ruido recogido con el objetivo de maximizar la recepción de la
señal. El patrón del haz cambia con el entorno del canal.
3.2.3 MIMO (Multiple Input Multiple Output).
Los sistemas MIMO, destina múltiples antenas tanto para recibir como para
transmitir. Una transmisión de datos a una elevada tasa se fracciona en diversas
tramas más reducidas. Cada una de estas se modula y transmite a través de una
antena distinta en un momento determinado, empleando la misma frecuencia de
canal que el resto de las antenas. Debido a las reflexiones por multitrayecto, en
recepción la señal a la salida de cada antena es una combinación lineal de
múltiples tramas de datos transmitidas por cada una de las antenas en
transmisión.
Las tramas de datos se dividen en el receptor empleando algoritmos que se basan
en estimaciones de todos los canales entre el transmisor y el receptor. Además de
posibilitar que se eleve la tasa de transmisión, el rango de alcance se incrementa
al usufructuar la ventaja de disponer de antenas en diversidad. MIMO requiere la
existencia de un número de antenas idéntico en ambos extremos de la
transmisión, por lo que en caso de que no sea así la mejora será proporcional al
número de antenas del extremo que menos tenga.
47
• Despliegue rápido, inclusive en zonas donde una infraestructura cableada no
tiene fácil acceso.
• Facilidad para vencer las limitaciones físicas de la infraestructura tradicional
cableada. Costos de instalación razonables para soportar unas tasas de
acceso altas.
• Arquitectura flexible.
• Interoperabilidad de los equipos.
• Condescendencia al multitrayecto y a la interferencia cocanal gracias a la
ortogonalidad en los subcanales tanto para el enlace ascendente y
descendente.
• Ancho de banda de canal escalable desde 1,25 a 20 MHz.
• Dúplex por división en el tiempo se usa para los perfiles de WiMAX por su
eficiencia para soportar tráfico asimétrico, reciprocidad de canal y sistemas de
antenas avanzados.
• Hybrid-Automatic Repeat Request (H-ARQ) provee robustez con adaptación
rápida a las condiciones del canal en escenarios con alta movilidad.
48
• Planificación selectiva por frecuencia y subcanalización con opciones múltiples
de permutación que proporciona a WiMAX la habilidad de optimizar la calidad
de la conexión basada en la potencia de las señales de los usuarios
específicos.
• Reducción del consumo de batería en los dispositivos móviles en los modos
de espera y desocupado.
• Cambio de estación base optimizado para disminuir la sobrecarga y obtener un
retardo menor de 50 milisegundos.
• La reutilización de frecuencias controla la interferencia co-canal para soportar
reutilización de frecuencias universal con la mínima degradación en la
eficiencia espectral.
• Amplio rango de sistemas de antenas avanzado incluyendo conformación de
haz codificación espacio-tiempo y multiplexación espacial.
3.2.5 Arquitectura de red WiMAX.
WiMAX fue concebido para soportar la tecnología IP y secunda la tendencia de
las Redes de Nueva Generación (NGN), donde las aplicaciones son
independientes de la tecnología de transporte mediante una arquitectura
horizontal, pero vertical en cuanto a la infraestructura de telecomunicaciones.
Esta sustenta cualquier modelo de topologías de red: punto a punto, punto a
multipunto o punto a consecutivos puntos, creando un bucle cerrado a través de
topologías anidadas punto a punto.
49
Los fundamentos esenciales de la arquitectura de red de WiMAX móvil se
presentan enseguida:
• Separación de la red de acceso de la conectividad IP.
• Organización en una estructura jerárquica, plana, o mallada.
• Soporte para todo tipo de usuarios: fijos, móviles, nómadas…
• Posibilidad de roaming global e interconexión con otras redes inalámbricas.
Figura 2. Arquitectura de red WIMAX
La arquitectura de red, consiste en tres factores esenciales tal y como se
evidencia en la figura 2, y los cuales se mencionan a continuación;
1. Terminales de usuario (fijo/móviles).
2. Red de acceso (ASN): adición de las entidades funcionales y mensajes de flujo
asociados con los servicios de acceso.
50
3. Red del servicio de conectividad (CSN): funciones de red que provee
conectividad IP a los usuarios de WiMAX.
Mobile WiMAX utiliza una estructura celular, similar a GSM. Del lado del operador,
el elemento más necesario es la estación base o antena transmisora. Una
característica que optimiza el rendimiento del sistema es el uso de técnicas
avanzadas de antenas como MIMO y el uso de antenas inteligentes (sistema de
antenas adaptativas). Además de las técnicas mencionadas, la capacidad puede
incrementarse instalando varios sectores en cada lugar, logrando dar servicio a
diversos usuarios simultáneos. Las estaciones bases deben situarse a una cierta
altura para que la señal no sea interrumpida por edificios adyacentes.
Una vez instaladas, las antenas se empalman al controlador de acceso WiMAX
por medio de la red troncal. Este elemento será encargado, principalmente, del
control del acceso y la asignación de direcciones IP.
Desde el lado del cliente, el equipo indispensable es el terminal receptor WiMAX,
conocido frecuentemente como Equipo de Premisas del Cliente (CPE). Este debe
capturar las señales radio pata esto cuenta con una antena integrada.
En el acceso se usa un control en cada terminal
Cada receptor es apto a múltiples conexiones, en el acceso se usa un control en
cada terminal para limitar el número de conexiones existentes. En cada una de
estas, el tráfico se almacena en una única cola de paquetes con tamaño fijo por lo
que si hay congestión en la red algunos paquetes pueden ser eliminados. La
estación base asigna los diferentes subcanales de frecuencia a los receptores.
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3.3.1 Definición LTE
La importancia de generar nuevos avances tecnológicos por tratar de mejorar los
servicios ofrecidos a los clientes, permiten crear nuevos estándares que superan
los anteriores servicios con grandes ventajas. Así Long Term Evolution logrará ser
elevado a 4G (Cuarta Generación), logrando el acceso ilimitado a la información
sin importar el tamaño del archivo o lograr satisfacer la necesidad de los
consumidores del cine como disfrutar de un video de alta definición.
Long Term Evolution tiene como objetivo principal el mejorar los sistemas actuales
de redes basadas en UMTS (Universal Mobile Telecomunicaciones System -
Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles) y será reconocida como 4G en
redes móviles. Otro objetivo principal de LTE es la mejora del espectro, reducción
de costos, mejora de los servicios y mejorar la integración con estándares abiertos
(PLT, Ghn entre otros), y la necesidad de los clientes por probar aquellas
potencialidades tecnológicas, entonces podríamos pensar en la reducción del uso
de la telefonía fija.
La empresa Telefónica que espera usar LTE 4G tendrá velocidades de descarga
que superen los 140Mbps, o sea 10 veces más rápida que la actual HSPDA (High
Speed Donwlink Packet Access – 3GPP), pero en estudios realizados han
alcanzado velocidades de hasta 326Mbps en descarga y 86Mbps en subida.
La característica de LTE sería su interfaz radioeléctrica basada en OFDMA (Or
thogonal Frecuencia División Múltiple Access - Multiplicación por División de
Frecuencias Or togonales) para el enlace descendente (DL) y SC-FAMA (Single
Carriel Frecuencia División Múltiple Access) para el enlace ascendente (AL). La
52
modulación que brinda el estándar 3GPP hace que las diferentes tecnologías de
antenas (MIMO – Múltiple Input; Múltiple Output) tengan una facilidad de
implementación favoreciendo según el medio, y así lograr cuadriplicar la eficacia
de transmisión de datos.
3.3.2 Arquitectura LTE
Atendiendo a la arquitectura general de los sistemas 3GPP en la FIGURA 3 se
muestra de forma simplificada la arquitectura completa del sistema LTE,
denominado formalmente en las especificaciones como Evolved Packet
System(EPS).
Los componentes fundamentales del sistema LTE son, por un lado, la nueva red
de acceso E-UTRAN y el nuevo dominio de paquetes EPC de la red troncal
(denominado en adelante simplemente como red troncal EPC), y por otro, la
evolución del subsistema IMS concebido inicialmente en el contexto de los
sistemas UMTS. Los diferentes componentes han sido diseñados para
soportar todo tipo de servicios de telecomunicación mediante mecanismos de
conmutación de paquetes, por lo que no resulta necesario disponer de un
componente adicional para la provisión de servicios en modo circuito (en el
sistema LTE los servicios con restricciones de tiempo real se soportan también
mediante conmutación de paquetes). En este sentido, EPC constituye una versión
evolucionada del sistema GPRS
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En la figura 3 se muestran las principales interfaces de E-UTRAN y EPC. La
interfaz entre E-UTRAN y EPC se denomina S1 y proporciona a la EPC
los mecanismos necesarios para gestionar el acceso de los terminales móviles a
través de E-UTRAN. La interfaz radio entre los equipos de usuario y E-UTRAN se
denomina E-UTRANU. Por otro lado, las plataformas de servicios como IMS y la
conexión a redes de paquetes externas IP se lleva a cabo mediante la interfaz SGi
de la EPC. La interfaz SGi es análoga a la interfaz Gi definida en las redes
GPRS/UMTS y constituye el punto de entrada/salida al servicio de conectividad IP
proporcionado por la red LTE (los terminales conectados a la red LTE son
“visibles” a las redes externas a través de esta interfaz mediante su dirección IP).
La red de acceso E-UTRAN y la red troncal EPC proporcionan de forma conjunta
servicios de transferencia de paquetes IP entre los equipos de usuario y redes de
paquetes externas tales como plataformas IMS y otras redes de
telecomunicaciones como Internet.
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Las prestaciones de calidad de servicio (e.g, tasa de datos en bits/s,
comportamientos en términos de retardos y pérdidas) de un servicio de
transferencia de paquetes IP puede configurarse en base a las necesidades de
los servicios finales que lo utilicen, cuyo establecimiento (señalización) se lleva
a cabo a través de plataformas de servicios externas (e.g, IMS) y de
forma transparente a la red troncal EPC.
El servicio de transferencia de paquetes IP ofrecido por la red LTE entre el equipo
de usuario y una red externa se denomina servicio portador EPS (EPS Bearer
Service).
Asimismo, la parte del servicio de transferencia de paquetes que
proporciona la red de acceso E-UTRAN se denomina E-UTRAN Radio Access
Bearer (E-RAB).
Los mecanismos de control de los servicios de transporte ofrecidos por
EPC se sustentan en información proporcionada por otros elementos de la red
troncal que no son exclusivos del sistema LTE sino que pueden dar soporte
también a otros dominios de los sistemas 3GPP.
En la figura 3 se mencionan algunos de estos elementos, se encuentra la base
de datos del sistema con la información de subscripción de sus usuarios
(HSS).
Otra característica fundamental del sistema LTE es que contempla también el
acceso a sus servicios a través de UTRAN y GERAN así como mediante la
utilización de otras redes de acceso que no pertenecen a la familia 3GPP (e.g,
CDMA2000, Mobile WiMAX, redes 802.11).
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• Soporte a duplexaciones TDD y FDD
– TDD como evolución de TDSCDMA
• Ancho de banda variable
– 1,4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz y 20 MHz (FDD)
• Ancho de subportadora constante
• Soporte a técnicas multiantena MIMO y antenas inteligentes
– Hasta 4x4 en el DL, 2x4 en el UL
• Soporte a modulación y codificación adaptativos
– QPSK, 16QAM y 64QAM en el UL y en el DL
– 64QAM opcional en el UL
Tabla 6. Comparación entre tecnologías WIMAX vs LTE
CARACTERISTICA WiMAX 3GPP-LTE
Red Núcleo Foro WiMAX red todo Ip UTRAN convirtiéndose hacia red todo ip
EUTRA(Enhanced UTRA)
Bandas de frecuencias existentes y nuevas cercanas a 2GHZ
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Tasa de Bits: DL-- UL 75 Mbps -- 25 Mbps 100 Mbps -- 50 Mbps
Ancho de banda del canal 5,8.75,10 MHz 1.25-20 MHZ
Radio de Célula 2-7 Km 5 Km
Capacidad de Célula 100-200 usuarios >200 usuarios a 5MHz
Eficiencia Espectral 3.75(bits/seg/Hz) 5(bits/seg/Hz)
Estándares IEEE 802.16ª hasta 16d GSM/GPRS/EGPRS/UMTS/HSPA
MIMO (DL—UL) 2Tx*2Rx -- 1Tx*NRx 2Tx*2Rx -- 2Tx*2Rx
Roaming Nuevo Auto a través de GSM/UMTS
Fechas:
2007
2009
2010
2012
En la tabla