[MDE Lab] Comunicación Inalámbrica

Un beneficio de los dispositivos móviles es su conectividad. Prácticamente son dispositivos todo terreno, como una navaja suiza.

Y también pueden presumir que todas las tecnologías posibles de comunicación han pasado por ellos antes de generalizarse a otros dispositivos de mayor tamaño, hoy vamos a revisar algunos de estos métodos, o mejor dicho, estándares de comunicación.

1. Infrarrojo (IrDA)

Las ondas infrarrojas se usan mucho para la comunicación de corto alcance. Por ejemplo, en los años 70, Hewlett-Packard desarrolló su calculadora HP-41 que utilizaba un transmisor infrarrojo para enviar la información a una impresora térmica portátil.

La tecnología fue evolucionando hasta llegar a todos los controles remotos de los televisores, grabadores de vídeo y estéreos. Estos controles son direccionales, baratos y fáciles de construir, pero no tiene la capacidad de atravesar objetos sólidos.

Los estándares IrDA soportan una amplia gama de dispositivos eléctricos, informáticos y de comunicaciones, permite la comunicación bidireccional entre dos extremos a velocidades que oscilan entre los 9.600 bps y los 4 Mbps.

El estándar VFIR se encuentra en estudio, con unas velocidades teóricas de hasta 16 Mbps.

2. Radiofrecuencia

Las propiedades de las ondas de radio dependen de la frecuencia. A bajas frecuencias, las ondas de radio cruzan bien los obstáculos, pero la potencia se reduce drásticamente con la distancia a la fuente. A frecuencias altas, las ondas de radio tienden a viajar en línea recta y a rebotar en los obstáculos. También son absorbidas por la lluvia. Todas las ondas de radio están sujetas a interferencia por los motores y equipos eléctricos.

Infrarrojo vs. Radio Frecuencia

• Las transmisiones de radio frecuencia tienen una desventaja: que los países están tratando de ponerse de acuerdo en cuanto a las bandas que cada uno puede utilizar. La transmisión Infrarroja no tiene este inconveniente por lo tanto es actualmente una alternativa para las Redes Inalámbricas.
• El sistema infrarrojo no necesita de licencia del gobierno para operar en contraste con los sistemas de radio.
• La comunicación con infrarrojo no se puede usar en exteriores porque el sol brilla con igual intensidad en el infrarrojo como en el espectro visible.
• La comunicación con infrarrojo tiende a tener menor alcance que la comunicación por radio frecuencia.
• Las transmisiones de radio frecuencia son omnidireccionales mientras que las transmisiones infrarrojas mejoran su alcance y calidad si se encuentran alineados el transmisor y el receptor.

3. Telefonía Móvil

Básicamente está formada por dos grandes partes: una red de comunicaciones (o red de telefonía móvil) y los terminales (o teléfonos móviles) que permiten el acceso a dicha red.

Los primeros sistemas de telefonía móvil civil empiezan a desarrollarse a partir de finales de los años 40 en los Estados Unidos. Eran sistemas de radio analógicos que utilizaban en el primer momento modulación en amplitud (AM) y posteriormente modulación en frecuencia (FM). Se popularizó el uso de sistemas FM gracias a su superior calidad de audio y resistencia a las interferencias. El servicio se daba en las bandas de HF y VHF.

3.0 0G

Los Mobile Radio Telephone ( Radio-Teléfono Móvil) fueron los primeros teléfonos móviles que existieron, que incluían las tecnologías PTT, MTS, IMTS y AMTS.

Los teléfonos móviles que trabajaban bajo las tecnologías anteriormente mencionadas (denominados como 0G (Generación Cero)) eran un radio-teléfono disponible como un servicio comercial conectado a la red de telefonía fija, con sus propios números, eran una especie de red como la radio policíaca o el servicio de despacho de taxis.

Esos teléfonos móviles usualmente eran montados en autos o camionetas, aunque también se fabricaron modelos de bolsillo. Eran vendidos mediante WCC's (Wireline Common Carries) (en Castellano; Compañías Telefónicas), RCC's (Radio Common Carries) (en Castellano; Compañías de Telefonía Móvil Radial).

Los primeros usuarios fueron Constructores, Agentes Inmobiliarios y Celebridades.

3.1 Primera Generación (Análoga)

Uno de los estándares de 1G es el NMT (Nordic Mobile Telephone), usado inicialmente en los países Nórdicos, y luego también en Holanda, Europa del Este y Rusia, entre otros. Otros incluyen el AMPS usado en los Estados Unidos, TACS (Total Access Communications System) en el Reino Unido, C-450 en Alemania Oriental, Portugal y el Sur de África, Radiocom 2000 en Francia y RTMI en Italia. En Japón se implementaron múltiples sistemas; tres estándares, TZ-801, TZ-802, TZ-803, desarrollados por NTT, con un sistema de competencia operado por DDI usando el estándar JTACS.

3.1 Segunda Generación (GSM)

La telefonía móvil 2G no es un estándar o un protocolo sino que es una forma de marcar el cambio de protocolos de telefonía móvil analógica a digital.

GSM es un sistema estándar, libre de regalías, de telefonía móvil digital.

Un cliente GSM puede conectarse a través de su teléfono con su computador y enviar y recibir mensajes por correo electrónico, faxes, navegar por Internet, acceder con seguridad a la red informática de una compañía (red local/Intranet), así como utilizar otras funciones digitales de transmisión de datos, incluyendo el servicio de mensajes cortos (SMS) o mensajes de texto.

General Packet Radio Service (GPRS) o servicio general de paquetes vía radio es una extensión del Sistema Global para Comunicaciones Móviles (Global System for Mobile Communications o GSM) para la transmisión de datos no conmutada (o por paquetes). Permite velocidades de transferencia de 56 a 144 kbps.

Con GPRS se pueden utilizar servicios como Wireless Application Protocol (WAP) , servicio de mensajes cortos (SMS), servicio de mensajería multimedia (MMS), Internet y para los servicios de comunicación, como el correo electrónico y la World Wide Web (WWW).

EDGE es el acrónimo para Enhanced Data Rates GSM of Evolution (Tasas de Datos Mejoradas para la evolución de GSM). También conocida como EGPRS (Enhanced GPRS).

Es una tecnología de la telefonía móvil celular, que actúa como puente entre las redes 2G y 3G. EDGE se considera una evolución del GPRS (General Packet Radio Service). Esta tecnología funciona con redes GSM.

EDGE puede alcanzar una velocidad de transmisión de 384 Kbps en modo de paquetes, con lo cual cumple los requisitos de la ITU para una red 3G, también ha sido aceptado por la ITU como parte de IMT-2000, de la familia de estándares 3G.

3.1 Tercera Generación (3G)

• Alta velocidad en transmisión de datos, hasta 144 Kb/s, velocidad de datos móviles (vehicular); hasta 384 Kb/s, velocidad de datos portátil (peatonal) y hasta 2 Mb/s, velocidad de datos fijos (terminal estático).
• Transmisión de datos simétrica y asimétrica.
• Servicios de conmutación de paquetes y en modo circuito, tales como tráfico Internet (IP) y video en tiempo real.
• Calidad de voz comparable con la calidad ofrecida por sistemas alámbricos.
• Mayor capacidad y mejor eficiencia del espectro con respecto a los sistemas actuales.
• Capacidad de proveer servicios simultáneos a usuarios finales y terminales.
• Incorporación de sistemas de segunda generación y posibilidad de coexistencia e interconexión con servicios móviles por satélite.
• Voz en banda estrecha a servicios multimedia en tiempo real y banda ancha.
• Servicios unificados de mensajes como correo electrónico multimedia.
• Aplicaciones de comercio electrónico móvil, que incluye operaciones bancarias y compras móviles.
• Aplicaciones audio/video en tiempo real como videoteléfono, videoconferencia interactiva, audio y música, aplicaciones multimedia especializadas como telemedicina y supervisión remota de seguridad

3.1 Cuarta Generación (4G)

La 4G esta basada completamente en el protocolo IP, siendo un sistema de sistemas y una red de redes, que se alcanza gracias a la convergencia entre las redes de cables e inalámbricas.

Esta tecnología podrá ser usada por modems inalámbricos, celulares inteligentes y otros dispositivos móviles. La principal diferencia con las generaciones predecesoras será la capacidad para proveer velocidades de acceso mayores de 100 Mbps en movimiento y 1 Gbps en reposo, manteniendo una calidad de servicio (QoS) de punta a punta de alta seguridad que permitirá ofrecer servicios de cualquier clase en cualquier momento, en cualquier lugar, con el mínimo coste posible.

El concepto de 4G trae unas velocidades mayores a las de 300 Mbps con un rating radio de 8.000 Khz; entre otras, incluye técnicas de avanzado rendimiento radio como MIMO y OFDM.

Dos de los términos que definen la evolución de 3G, siguiendo la estandarización del 3GPP, serán LTE (‘Long Term Evolution’) para el acceso radio, y SAE (‘Service Architecture Evolution’) para la parte núcleo de la red.

Los requisitos ITU y estándares 4G indican las siguientes características:

• Para el acceso radio abandona el acceso tipo CDMA característico de UMTS.
• Uso de SDR (Software Defined Radios) para optimizar el acceso radio.
• La red completa prevista es todo IP.
• Las tasas de pico máximas previstas son de 100 Mbps en enlace descendente y 50 Mbps en enlace ascendente (con un ancho de banda en ambos sentidos de 20Mhz).

4. Bluetooth

Bluetooth es una especificación industrial para Redes Inalámbricas de Área Personal (WPAN) que posibilita la transmisión de voz y datos entre diferentes dispositivos mediante un enlace por radiofrecuencia en la banda ISM de los 2,4 GHz.

Los principales objetivos que se pretenden conseguir con esta norma son:

• Facilitar las comunicaciones entre equipos móviles y fijos.
• Eliminar cables y conectores entre éstos.
• Ofrecer la posibilidad de crear pequeñas redes inalámbricas y facilitar la sincronización de datos entre equipos personales.

Los dispositivos que con mayor frecuencia utilizan esta tecnología pertenecen a sectores de las telecomunicaciones y la informática personal, como PDA, teléfonos móviles, computadoras portátiles, ordenadores personales, impresoras o cámaras digitales.

Estos dispositivos se clasifican como "Clase 1", "Clase 2" o "Clase 3" en referencia a su potencia de transmisión, siendo totalmente compatibles los dispositivos de una clase con los de las otras.

• Clase 1 con cobertura de hasta 100 metros
• Clase 2 con cobertura de hasta 10 metros
• Clase 3 con cobertura de hasta 1 metro

Versiones

• Versión 1.2 hasta 1 Mbit/s
• Versión 2.0 + EDR hasta 3 Mbit/s
• Versión 3.0 + HS hasta 24 Mbit/s
• Versión 4.0 hasta 24 Mbit/s

5. Wi-FI

Existen diversos tipos de Wi-Fi, basado cada uno de ellos en un estándar IEEE 802.11 aprobado. Son los siguientes:

• Los estándares IEEE 802.11b, IEEE 802.11g e IEEE 802.11n disfrutan de una aceptación internacional debido a que la banda de 2.4 GHz está disponible casi universalmente, con una velocidad de hasta 11 Mbps , 54 Mbps y 300 Mbps, respectivamente.
• El estándar IEEE 802.11a, conocido como WIFI 5, que opera en la banda de 5 GHz y que disfruta de una operatividad con canales relativamente limpios. La banda de 5 GHz ha sido recientemente habilitada y, además, no existen otras tecnologías que la estén utilizando, por lo tanto existen muy pocas interferencias. Su alcance es algo menor que el de los estándares que trabajan a 2.4 GHz (aproximadamente un 10%), debido a que la frecuencia es mayor (a mayor frecuencia, menor alcance).
• Existe un primer borrador del estándar IEEE 802.11n que trabaja a 2.4 GHz y a una velocidad de 108 Mbps. Sin embargo, el estándar 802.11g es capaz de alcanzar ya transferencias a 108 Mbps, gracias a diversas técnicas de aceleramiento. Actualmente existen ciertos dispositivos que permiten utilizar esta tecnología, denominados Pre-N.
• Existen otras tecnologías inalámbricas como Bluetooth que también funcionan a una frecuencia de 2.4 GHz, por lo que puede presentar interferencias con Wi-Fi. Debido a esto, en la versión 1.2 del estándar Bluetooth por ejemplo se actualizó su especificación para que no existieran interferencias con la utilización simultánea de ambas tecnologías, además se necesita tener 40.000 k de velocidad.

En la siguiente imagen se pueden apreciar mejor las diferencias entre estándares (dale clic).

6. Wi-MAX

Siglas de Worldwide Interoperability for Microwave Access (Interoperabilidad mundial para acceso por microondas), es una norma de transmisión de datos que utiliza las ondas de radio en las frecuencias de 2,3 a 3,5 Ghz.

Se le conoce como estándar 802.16 y puede alcanzar una velocidad de comunicación de más de 100 Mbit/s en un canal con un ancho de banda de 28 MHz (en la banda de 10 a 66 GHz), mientras que el 802.16a puede llegar a los 70 Mbit/s, operando en un rango de frecuencias más bajo (<11 GHz).

Características

• Distancias de hasta 80 kilómetros, con antenas muy direccionales y de alta ganancia.
• Velocidades de hasta 75 Mbps, 35+35 Mbps, siempre que el espectro esté completamente limpio.
• Facilidades para añadir más canales, dependiendo de la regulación de cada país.
• Anchos de banda configurables y no cerrados, sujetos a la relación de espectro.
• Permite dividir el canal de comunicación en pequeñas subportadoras (dos tipos: guardias y datos).

Referencias

• IrDA
• Telefonia Móvil
• Bluetooth
• Wi-Fi
• WiMAX