La Generación 4G de telefonía móvil

Y con este artículo llegamos a 4G, el final de esta serie en la que hemos comentado qué avances tecnológicos han supuesto los cambios de generación de telefonía móvil.

Hemos visto cada generación desde un punto de visto técnico y qué funcionalidades se han ido añadiendo a la señal para dar a los usuarios nuevos servicios.

Si hacemos un recorrido por los últimos artículos, veremos que los últimos avances en telefonía móvil se han traducido en un aumento de la velocidad de navegación para los usuarios. Y en eso va a consistir precisamente 4G.

Si en las generaciones 2.5G introducíamos el concepto de “datos”, en la generación 3G ya podíamos hablar de “internet móvil”, con sus limitaciones tal como explicábamos en el anterior artículo:

https://principiatechnologica.com/wp-content/uploads/2013/07/04/generaciones-de-telefonia-movil-internet-movil/

Para ponernos un poco en antecedentes, es necesario mencionar que dentro de las tecnologías 4G se engloban algunas que no han sido comercializadas en forma de sevicios de telefonía móvil por los operadores. Por ejemplo, WiMax.

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) es una de las tecnologías también conocidas como de bucle local, que permite la recepción de datos por microondas y retransmisión por ondas de radio. En concreto, Wimax es una norma de transmisión de datos que utiliza las ondas de radio en las frecuencias de 2,3 a 3,5 GHz y puede tener una cobertura de hasta 60 Km. Sus distintas frecuencias de transmisión, unido a su largo alcance han hecho que una de sus ventajas sea dar servicios de banda ancha en zonas donde el despliegue de cable o fibra por la baja densidad de población presenta unos costos por usuario muy elevados (zonas rurales).

Los operadores han escogido WiMax para dar servicios de internet rural a puntos de acceso fijos. Aunque WiMax ya permitía abordar un proyecto de movilidad completa, como podría ser GSM/UMTS, los costes del despliegue de red no daban gusto a los operadores. A pesar de existir un marco legal suficiente (todo operador 3G tiene licencia WiMax),  4G móvil se ha dilatado en el tiempo hasta la llegada de LTE.

En consecuencia, WiMax se ha explotado como un sistema inalámbrico (con capacidad de conectarse a una red sin cables) pero no como un sistema de comunicaciones móvil.

GENERACIÓN 4G – LTE (Long Term Evolution)

Tal como hemos visto, la evolución a 4G tiene un objetivo claro, la ampliación de la velocidad. Es por ello que, para algunos, LTE no sea más que una evolución de la norma UMTS (3G). Sin embargo para otros se trata de un nuevo concepto de arquitectura evolutiva (4G). En el sentido de que permite ofrecer nuevos servicios, probablemente tenga sentido hablar de 4G, y así se publicita comercialmente hoy en día, pero desde un punto de vista técnico, efectivamente no se puede decir que haya cambiado por completo la arquitectura del sistema.

En cuanto a los objetivos de 4G, nace con la idea de convertirse en una red basada completamente en el protocolo IP, siendo un sistema de sistemas y una red de redes. Las primeras pruebas de 4G aseguran que el sistema es capaz de proveer velocidades de acceso hasta de 100 Mbit/s en movimiento en enlace descendente y 50 Mbit/s en ascendente, manteniendo la calidad de servicio y con un ancho de banda en ambos sentidos de 20MHz.

Y hablamos de las primeras pruebas porque 4G, a pesar de estarse comercializando, ni mucho menos está completamente desplegado en la mayoría de los casos. De hecho, se estima que LTE no estará completamente desplegado y operativo hasta 2020.

En cuanto a los servicios, con LTE se espera soportar además de la navegación web, sevicios de FTP, vídeo streaming, Voz sobre IP, juegos en línea (multijugador), incluso vídeo en tiempo real y en general, cualquier servicio IP que requiere una alta tasa de transferencia de datos.

La interfaz radio vuelve a cambiar pero esta vez, no de manera sustancial:

Lo novedoso de LTE es la interfaz radioeléctrica basada en OFDMA (Orthogonal FDMA) para el enlace descendente (downlink – DL) y SC-FDMA (Simple Carrier FDMA) para el enlace ascendente (uplink – UL).

FDMA ya lo vimos en:

https://principiatechnologica.com/wp-content/uploads/2013/06/25/generaciones-de-telefonia-movil-consolidacion/

En LTE lo que se hace es dividir el uplink y el downlink. En este tipo de redes, normalmente se requiere más velocidad de descarga (downlink) que de subida (uplink). Por eso se emplea OFDMA en el downlink.

Las frecuencias de subida y bajada LTE, en la banda reservada para LTE (800MHz), serían las siguientes:

  • 832-862MHz (subida)
  • 791-821MHz (bajada)

OFDMA asigna diferente número de portadoras ortogonales, lo que le permite asignar la información a lo largo de estas subportadoras en la combinación del dominio frecuencial y el acceso múltiple en el dominio temporal (espacio tiempo-frecuencia). Como mejora del acceso radio de UMTS mediante CDMA, que tiene una gran eficacia en dominio temporal, OFDMA es eficaz no sólo en el dominio del tiempo sino también en el dominio de la frecuencia:

El tiempo de símbolo es de hecho bastante mayor que en CDMA, gracias a su eficiencia espectral.

Este puede ser el gran avance tecnológico en el acceso radio de 4G.

SC-FDMA es muy parecido al de OFDMA, pero se asigna una única portadora por tratarse del uplink. Sin embargo, se ocupa al igual que otros esquemas de acceso múltiple de la asignación de varios usuarios a un recurso de comunicación compartido.

Entonces, si esta tecnología 4G ya existía, como WiMax,

¿Por qué el despliegue es ahora viable para los operadores?

En primer lugar, las bandas asignadas para LTE son mucho más preferibles para ellos que las que había para servicios 4G tipo WiMax. Por ejemplo, en 2012 se hizo público que la banda 800MHz se iba a liberar de los servicios asignados (TDT – Televisión Digital Terrestre) para ocupar sevicios 4G-LTE:

http://www.lacuevagsm.com/la-tdt-cambiara-de-frecuencias-para-dejar-espacio-al-4g-lte/

Esta banda, al igual que la de GSM900MHz tiene una mucho mayor profundidad de penetración, lo que permitirá a los operadores reducir el número de antenas necesarias. Menos estaciones base implica radiar más potencia.

Resintonizar los decodificadores TDT y asumir, casi con total seguridad, una bajada de calidad en la recepción de los canales, no se hace por capricho.

En segundo lugar, la tecnología MIMO de diseño de antenas (Multiple input – Multiple output) y la capacidad de los DSP (Digital Signal Processors) han evolucionado mucho en pocos años y hacen posible y económica la fabricación de antenas optimizadas para LTE, que ya están diseñadas, implementadas y se comercializan en la actualidad. Gracias a ellas se han realizado las pruebas de rendimiento de LTE. Y se están empezando a incorporar a las redes de los operadores que empiezan a ofrecer servicios 4G.

Los interesados en conocer en qué consiste esta tecnología MIMO pueden visitar:

http://www.telecomhall.com/es/que-es-mimo.aspx

Por último,

Si todavía no se ha liberado la banda de 800Mhz y no se ha realizado el despliegue,

¿Cómo es que los operadores están lanzando 4G?

Están usando otras frecuencias que son menos eficientes pero que permiten desplegar ya el servicio. Por ejemplo:

  • En 1800: 1710-1785MHz (subida) y 1805-1880 (bajada)
  • En 2600: 2500-2570MHz (subida) y 2620-2690MHz (bajada)

¿Puede conectarse cualquiera?

No necesariamente, depende de que lo soporte el terminal. La compatibilidad dependerá de la banda de radio escogida por el operador concreto y podría ser necesaria una actualización de software.

En general, los terminales más nuevos serán compatibles, ya que así lo irán requiriendo los operadores.

¿Desde cualquier sitio?

Pues tampoco,  cuando el servicio empiece a funcionar en la banda de 800 MHz se podrá cubrir rápidamente una buena cantidad de terreno con unas pocas antenas pero, como hemos visto, las bandas de 1.800 y 2.600 MHz no tienen tanta penetración.

Se cree que el servicio estará disponible en las grandes ciudades y con una cobertura aproximada del 50%, fundamentalmente en exteriores. En interiores será mucho menor.

¿Merece la pena?

Es un buen debate que no parece haberse abierto.

La sociedad se queja con bastante frecuencia de la “contaminación electromagnética” o de la posibilidad de que la radiación de las antenas pueda tener influencia en la aparición de enfermedades cancerígenas. Sin embargo, en ocasiones como esta, cuando se está fraguando una nueva tecnología móvil a nadie parece importarle más que los nuevos servicios que nos van a ofrecer los operadores. Cierto es que se sigue el camino marcado por otros países y que no queda otro remedio que estar al día en la realidad tecnológica de nuestra sociedad. He aquí el debate.

En cuanto a los servicios, antes de 4G ya disponíamos de internet móvil. Aumentar la velocidad implica todo un nuevo despliegue de red. Por otro lado, es necesario modificar la banda reservada para otros servicios, como TDT. ¿Qué se obtiene? Ya lo  hemos dicho: vídeo streaming, Voz sobre IP, juegos en línea de multijugador, vídeo en tiempo real … Tampoco cabe duda de que la implantación de esta nueva tecnología es más desarrollo.

La pregunta de si merece la pena es porque cualquiera probablemente respondería afirmativamente a esta pregunta acerca del sistema GSM (2G), y me explico. El teléfono móvil (voz) revolucionó la sociedad, tanto que hoy en día prácticamente no concebimos la vida cotidiana sin él. Quiere esto decir que hemos de asumir por completo la existencia de la red GSM, no podemos quejarnos de los supuestos efectos de las antenas porque sin ellas, no dispondríamos de este servicio (dentro de un marco legal, que existe). Sin embargo, al menos a juicio de quien escribe estas líneas, este servicio (estar comunicado en cualquier sitio con cobertura GSM) no es comparable a los servicios ofrecidos por 4G.

El futuro

El despliegue 4G está comenzando y por supuesto que finalizará. Esta red de redes está llamada a convertirse en la gran red de interconexión IP, en la que todo aparato puede convertirse en un terminal de red. Desde el frigorífico al aspirador, ya sea una puerta o ventana de la casa, por supuesto una cámara o sensor, como la radio del coche, podrían ser terminales de esta gran red que abrirá todo abanico de posibilidades desde un punto de vista domótico.

Tantos terminales requieren IPv6, pero esa es … otra historia.

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