Proyecto 05 oct-ULTIMO - Universidad Tecnológica de Pereira
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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 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 Monografía para optar al título de Ingeniero de Sistemas y Computación Asesor OMAR IVAN TREJOS BURITICÁ Ingeniero de Sistemas UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PEREIRA FACULTAD DE INGENIERIAS PROGRAMA DE INGENIERIA DE SISTEMAS Y COMPUTACION PEREIRA 2011 2 CONTENIDO Pág. Lista de Tablas………………………………………………………………………..5 Lista de Figuras………………………………………………………………………6 1. GENERALIDADES 1.1. Titulo……………………………………………………………………….…..7 1.2. Formulación del problema………………………………………………......7 1.3. Justificación……………………………………………………………….......9 1.4. Objetivo general y específicos 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. TECNOLOGÍA PARA DISPOSITIVOS MÓVILES 2.1. Telefonía móvil……………………………………………………………...16 2.1.1. Concepto básico de radio celular……………………………….... 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. Evolución de los sistemas de telefonía móvil 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 2.2.2.3. Generación 2.5…………………………...………………....27 2.2.2.3. Tercera generación………………...………………………29 2.2.2.4. Cuarta generación……………………………………….....32 2.3. Fabricantes 2.3.1. Plataformas (Sistemas Operativos)………………………………..35 2.3.2. Celulares Smartphone y Tablet………………………………….....37 3. ESTABLECIMIENTO DE CRITERIOS COMPARATIVOS 3.1. OFDM y OFMA……………………………………………………………...42 3.2. WIMAX……………………………………………………………………….44 3.2.1. Técnicas avanzadas en WIMAX móvil…………………………….45 3.2.2. Antenas inteligentes…………………………………………………45 3.2.3. MIMO………………………………………………………………….46 3.2.4. Ventajas de WIMAX………………………………………...............47 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 3.3.3. Características……………………………………………................55 4. APORTES, CONCLUCIONES Y RECOMENDACIONES 4.1 Aportes………………………………………………………………………..57 4.2 Conclusiones………………………………………………………………. 60 4.3 Recomendaciones………………………………………………………….62 5. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS…………………………………………..63 4 LISTA DE TABLAS Pág. Tabla 1. Área dispositivos móviles universidades eje cafetero……………….........9 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 4. Comparación entre los dispositivos Smartphone…………………............37 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 5 LISTA DE FIGURAS Pág. Figura 1. Tablets y Smartphone………………………………………………............37 Figura 2. Arquitectura de red WIMAX…………………………………………...........49 Figura 3. Arquitectura completa de sistemas LTE……………………………..........53 6 CAPITULO 1. GENERALIDADES 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, 7 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. • Tener conocimiento y dominio de un idioma extranjero. • 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 Tomado de http://isc.utp.edu.co/ingsistemas.php 8 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 Asig. Dispositivos Móviles Porcentaje 59 4 6,7% 46 0 0% Asignaturas 1 UNIVERSIDAD DE CALDAS 2 UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA 9 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 10 1.4.2. Objetivos específicos Analizar el funcionamiento, elementos y las diversas herramientas que 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 H1216, 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. 11 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 12 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 18001900 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. 13 De otra manera en la evolución de la telefonía móvil han surgido varias generaciones entre las cuales encontramos generación 0(0-G), generación (1G),segunda generación(2G), la tercera generación primera (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. 14 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. 15 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. 16 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 17 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. 18 • 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. 19 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: • FDMA (Acceso Múltiple por División de frecuencias, Frequency Division 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. 20 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 21 . 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 22 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 23 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. 24 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 (IS136), 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. 25 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: • MS (Estación Móvil - Mobile Station) • 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. 26 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 27 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 28 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. 29 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 30 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. 31 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 32 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 33 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 1G Características • Transferencia analógica y Tecnologías transmisión empleadas Velocidades AMPS , NTT, NMT inferiores a 2400 estrictamente para voz • Velocidad bauds Limitaba en forma notable la cantidad de usuarios que el servicio podía ofrecer en forma simultanea 2G • Generación que dio vida al SMS • Permite encriptación de datos • Admite que hasta ocho usuarios 9.6 kbps GSM, TDMA y CDMA utilicen los canales separados por 200 MHz. 2.5G • • de GPRS, envío de MMS y servicios IPV4 datos de 56 kbps a EDGE (Internet) 115 kbps Permite navegación Permite a los WAP, Transmisión usuarios compartir un mismo canal 3G • En una red 3G es posible velocidades de WCDMA, hablar transmisión de CDMA2000, y transmitir datos datos hasta 2 Mb/s simultáneamente • Permite internet, tv móvil y videollamadas 34 HSCSD, 4G • Compatibilidad con IPv6 Velocidades de • Soporte de QoS 100 en • Diseñada para la transmisión y movimiento de 1 straming de video HD gb/s en reposo • Mbps WiMAX y LTE Baja latencia, ideal para juegos online 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. 35 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 Cuota de Cuota de Unidades Unidades mercado2010 (%) mercado 2009 2010 2009 (%) Symbian 111,576.7 37.6 80,878.3 46.9 Android 67,224.5 22.7 6,798.4 3.9 Research In Motion 47,451.6 16.0 34,346.6 19.9 iOS 46,598.3 15.7 24,889.7 14.4 Microsoft 12,378.2 4.2 15,031.0 8.7 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 36 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 Apple IPhone 4G Blackberry Curve 8520 Nokia 5800 Xpress Music Marca Apple Blackberry Nokia Modelo IPhone 4G Curve 8520 5800 XpressMusic Peso 137 106 109 g (estándar Li-Ion 1320 mAh (BL-5J)) Color de 3,5 pulgadas, pantalla táctil TFT capacitiva, 16M colores 2,46 pulgadas, TFT, 65K colores TFT pantalla táctil resistiva, 16M colores 640X960 320x240 640.00X 640 115,2 x 58,6 x 9,3 píxeles 109 X 60 X 13,9 píxeles 111,00 X 51,70 X 15,50 Pixeles GSM 850 / 900 / 1800 / 1900 / HSDPA 850 / 900 / 1900 / 2100 Mhz GSM 850 / 900 / 1800 / 1900 GSM 850 / 900 / 1800 / 1900 / HSDPA 900 / 2100 Tamaño pantalla de la Dimensiones Frecuencia operación de 37 Pantalla táctil Pantalla capacitiva 3G HSDPA, 7.2 Mbps; HSUPA, 5.76 Mbps Si Sí SMS Sí Sí Sí MMS Sí Sí Sí Correo electrónico Sí Sí Sí Pop Mail Sí Captura de imágenes Sí, 5 Mega píxeles de la cámara con autofocus y flash LED Sí, 2,0 megapíxeles, cámara digital Resolución imagen 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, Geoetiquetado Sí, el modo Normal (320x240 píxeles), modo de MMS (176x144 píxeles) 2048x1536 píxeles, óptica Carl Zeiss, enfoque automático, flash LED Sí, reproductor de mp3 Sí, soporte de formatos de audio: AAC-LC +, AAC, eAAC +, AMR-NB, WMA9 (.wma / .asf), WMA9 PRO / WMA 10, AAC-LC Sí, Reproductor de MP3/WMA/WAV/eAAC + y reproductor de vídeo MPEG4/WMV/3gp FM No No Sí, Radio FM estéreo con RDS Altavoz Sí Sí Sí Sí Sí Sí Sí, Formatos de vídeo: MPEG4, H.264, MOV Sí, soporte de formatos de vídeo: MPEG4, H.263, H.264, WMV3 GPRS Sí, Clase 10 (4 +1 / 3 +2 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, de la táctil TFT la Sí, Mega Pixeles 3,15 Música y Video Reproductor audio de Salida de TV Audio Jack Reproductor video Datos Conectividad de y 38 tecnología UPnP Mobile Sync Bluetooth Sí, v2.1 con A2DP Sí, v2.0 con A2DP Sí, v2.0 con A2DP Infrarrojo No No No Puerto Sí, USB 2.0 Sí, MicroUSB Sí, v2.0 microUSB Slot de Memoria No Sí, microSD Sí Expandible No Sí, hasta 32 GB MicroSD (TransFlash), hasta 16 GB, 8 GB incluido Guía telefónica Prácticamente entradas y Photocall Prácticamente ilimitado Prácticamente ilimitado entradas y campos lipon1420mAh liion1150mAh (Estándar Li-Ion 1320 mAh (BL-5J)) Hasta 14 horas (2G) / hasta 7 horas (3G) Horas Hasta 4,5 horas Hasta 8 h 45 min (2G) / 5 H (3G) Horas Hasta 300 horas (2G) / hasta 300 horas (3G) Horas Hasta 17 días Horas Hasta 406 H (2G) / 408 H (3G) Horas Polifónico Sí Sí Sí MP3 Sí Sí Sí Java No Sí Sí, MIDP 2.0 Plataforma IOS 4 (basado en Mac OS) Juegos Sí Sí Sí + Java descargables Sí, HTML (Safari) Sí, HTML WAP 2.0/xHTML, RSS Feeds HTML, Sí, HTML (Safari) Sí, HTML WAP 2.0/xHTML, RSS Feeds HTML, Memoria ilimitado campos, Batería Batería modelo Tiempo conversación de Tiempo en espera Tono Tecnología Otros Opera navegador Mini Internet explorer 39 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). TABLA 5. Comparación de tablets MARCAS IPAD 2 HP TOUCHPAD BLACKBERRY PLAY BOOK Procesador Apple A5 de doble núcleo a 1 GHz Qualcomm Snapdragon de doble núcleo a 1,2 GHz Procesador de doble núcleo a 1 GHz Procesador gráfico PowerVR SGX543MP2 Adreno 220 Desconocido 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) 1024 × 600 píxeles Cámaras Frontal VGA y trasera para vídeo a 720p Frontal de 1,3 megapíxeles Frontal de 3 megapíxeles y trasera para vídeo a 1080p (5 megapíxeles) Sensores Giroscopio de tres ejes, acelerómetro, sensor de luz ambiental y brújula digital Giroscopio de tres ejes, acelerómetro, sensor de luz ambiental y brújula digital Conectividad Wi-Fi 802.11n, Bluetooth 2.1 + EDR (modelo 3G cuatribanda y EDGE) Wi-Fi 802.11n, Bluetooth 2.1 + EDR(modelo 3G 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 salidas Conector de Dock de 30 clavijas, auriculares estéreo de Conector MicroUSB, auriculares estéreo de 3,5 Conectores MicroUSB y 40 3,5 mm, altavoz integrado y micrófono (adaptadorHDMI opcional) mm, altavoz integrado y micrófono MicroHDMI, auriculares estéreo de 3,5 mm, altavoz integrado y micrófono Sistema operativo iOS 4.3 webOS BlackBerry Tablet OS (QNX) Aplicaciones específicas 65.000 aplicaciones Desconocido, sin presencia actual Desconocido, sin presencia actual Dimensiones (alto x ancho) 24,12 × 18,57 cm 24 × 19 cm 19,4 × 13 cm Dimensiones (grosor) 0,88 cm 1,37 cm 1 cm 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 41 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 3.1 OFDM y OFDMA. 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. 42 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. • Gran compatibilidad con las tecnologías de antenas inteligentes avanzadas. 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. 43 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. 44 3.2.1. Técnicas avanzadas en WiMAX móvil. 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 45 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. 46 3.2.4 Ventajas de WIMAX. Entre algunas de las ventajas que proporciona WiMAX encontramos: • 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. • Gran área de movilidad y cobertura mundial. • 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. 47 • 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. 48 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. 49 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. 50 3.3 LONG TERM EVOLUTION (LTE) 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 51 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 Figura 3. Arquitectura completa del sistema LTE 52 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 telecomunicaciones como Internet. 53 IMS y otras redes de 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). 54 3.3.3 Características LTE • Técnicas de modulación multiportadora – OFDM en el DL – SC‐FDMA en el UL • Soporte a duplexaciones TDD y FDD – TDD como evolución de TD‐SCDMA • Ancho de banda variable – 1,4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz y 20 MHz (FDD) • Ancho de subportadora constante – 15 kHz (7,5 kHz para servicios de distribución MBMS) • 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 Red Núcleo WiMAX 3GPP-LTE Foro WiMAX red todo Ip UTRAN convirtiéndose hacia red todo ip EUTRA(Enhanced UTRA) Tecnología de acceso: Enlace de bajada (DL) OFDMA OFDMA Enlace de subida (UL) OFDMA SC-FDMA Banda de Frecuencia 2.3-2.4 GhZ,2.496-2.67 GHz, 3.3-3.8 GHZ Bandas de frecuencias existentes y nuevas cercanas a 2GHZ 55 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 Capacidad de Célula 100-200 usuarios >200 usuarios a 5MHz Eficiencia Espectral 3.75(bits/seg/Hz) 5(bits/seg/Hz) Velocidad Hasta 120 Km/h Hasta 250 Km/h Handover Hard Handovers Handovers inter celula soft 5 Km Movilidad: 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 Inicio de Despliegue 2007 2010 Producción en masa 2009 2012 Fechas: En la tabla 6 se establece un resumen comparativo de las dos tecnologías más significativas de la cuarta generación donde se analizan los parámetros más importantes que utilizan dichos estándares, allí podemos evidenciar las diferencias que se marcan en la implementación de dichos estándares como lo son las velocidades de transferencia donde se refleja que LTE se encamina a proporcionar unas tasas más altas de transmisión, y el cual está basado en sistemas como Gsm o Gprs que han sido utilizadas ampliamente a nivel mundial. 56 CAPITULO 4. APORTES, CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 4.1 APORTES 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 una serie de centrales telefónicas de conmutación, se propicia la comunicación entre terminales telefónicos móviles o entre terminales portátiles y teléfonos de la red fija tradicional. Los principales elementos de una red móvil son: • Centro de Conmutación Electrónico: 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 • Controlador de Estación base: 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. • 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 • Protocolo de Comunicaciones: Dirige la manera en que una llamada telefónica es establecida. 57 Tabla 7. Principales características entre las generaciones de telefonía celular. Generación 1G Características • Transferencia analógica y Tecnologías transmisión empleadas Velocidades AMPS, NTT, inferiores a 2400 estrictamente para voz • Velocidad NMT bauds Limitaba en forma notable la cantidad de usuarios que el servicio podía ofrecer en forma simultanea 2G • Generación que dio vida al SMS • Permite encriptación de datos • Admite que hasta ocho usuarios 9.6 kbps GSM, TDMA y CDMA utilicen los canales separados por 200 MHz. 2.5G • Permite navegación WAP, envío Transmisión de datos de 56 kbps MMS y servicios IPV4 GPRS, HSCSD, EDGE a 115 kbps (Internet) • de Permite a los usuarios compartir un mismo canal 3G • En una red 3G es posible hablar velocidades de WCDMA, y transmisión de CDMA2000, transmitir datos datos simultáneamente • Permite internet, tv móvil y video hasta 2 Mb/s llamadas 4G • • Compatibilidad con IPv6 Soporte de QoS velocidades de • Diseñada para la transmisión y straming de video HD movimiento de 1 • Baja latencia, ideal para juegos online. 100 Mbps en gb/s en reposo. 58 WiMAX y LTE Tabla 8. Principales características entre estándares de la cuarta generación (WIMAX Y LTE). CARACTERISTICA Red Núcleo WiMAX 3GPP-LTE Foro WiMAX red todo Ip UTRAN convirtiéndose hacia red todo ip EUTRA(Enhanced UTRA) Tecnología de acceso: Enlace de bajada (DL) OFDMA OFDMA Enlace de subida (UL) OFDMA SC-FDMA Banda de Frecuencia 2.3-2.4 GhZ,2.496-2.67 GHz, 3.3-3.8 GHZ Bandas de frecuencias existentes y nuevas cercanas a 2GHZ 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 Capacidad de Célula 100-200 usuarios >200 usuarios a 5MHz Eficiencia Espectral 3.75(bits/seg/Hz) 5(bits/seg/Hz) Velocidad Hasta 120 Km/h Hasta 250 Km/h Handover Hard Handovers Handovers inter celula soft 5 Km Movilidad: 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 Inicio de Despliegue 2007 2010 Producción en masa 2009 2012 Fechas: 59 4.2 Conclusiones • En esta investigación se han abordado las principales tendencias tecnológicas de las redes en el presente y para los próximos años. La red de telefonía móvil ha evolucionado en el campo del internet, y con la inclusión de la cuarta generación de telefonía móvil, se va a tener la posibilidad de transmitir y recibir cantidades considerables de información en el rango de 1 Gbps, por lo que podremos obtener video o música el tiempo real desde nuestros dispositivos móviles • Los estándares más importantes de 4g como lo son Lte y WiMAX son dos tecnologías que operan sobre IP y las cuales tienen bastantes semejanzas, ya que ambas ofrecen el mismo enfoque de las descargas y emplean MIMO, lo que quiere decir que la información es transferida sobre dos o más antenas desde una misma celda. Por otra parte, las descargas están mejoradas en los dos sistemas ya que usan OFDM, que soporta transmisiones de video y multimedia sostenidas. • Según las investigaciones obtenidas sobre estas tecnologías podemos concluir que Lte será el estándar de telefonía móvil mas empleado a nivel mundial ya que este es compatible con GSM, GPRS y UMTS, los cuales han sido los sistemas de mayor apogeo en los últimos tiempos • La red 4G otorga a todos los usuarios una gran flexibilidad para intercambiar información estén donde estén, y posibilita a múltiples dispositivos interconectarse para adquirir una calidad de servicio y un rendimiento óptimos. Además se logra gran velocidad de transferencia y múltiples usuarios se pueden conectar gracias a IPv6, donde Internet esta disponible en un instante y al alcance de todos, alcanzando el acceso ilimitado a la información sin importar el tamaño del archivo. 60 • Uno de los servicios que nos ofrece estos estándares es la posibilidad de jugar en línea u observar videos desde el dispositivo inalámbrico mientras se están en movimiento. • En comparación sobre los estándares empleados en 4g y los utilizados en las anteriores generaciones se puede evidenciar que las tecnologías de ultima era nos otorgan velocidades de descarga muy superiores, permitiéndonos realizar actividades antes impensadas, como ejemplo de ello tenemos que un archivo de 700Mbytes el cual lo descargamos en aproximadamente 3 minutos utilizando Lte, se podría descargar en 34,7 horas en GPRS ó 20 minutos en redes HSPA Fase II, además su latencia no supera los 100ms , es decir, su costo de implementación para las operadoras es mucho menor • Las técnicas de acceso múltiple son un motor fundamental en el desarrollo de tecnologías para dispositivos móviles que nos permiten la comunicación y el acceso a la información. En las conexiones inalámbricas se han hecho más eficaces el uso del espectro electromagnético admitiendo que cada vez mas usuarios constituyan un vínculo entre ellos sin necesidad de estar sujetos a un punto fijo, brindando movilidad y sobre todo seguridad optima. 61 4.3 Recomendaciones A partir de las conclusiones del numeral anterior se plantean a continuación las siguientes recomendaciones: Considerar la posibilidad de masificación de la tecnología Lte en nuestro país ya que es un sistema basado en estándares ya implementados como Gsm, Gprs, plt, además que se satisfacera la necesidad de los clientes de probar aquellas potencialidades tecnológicas implementadas a nivel mundial, por otra parte lte tiene como uno de sus objetivos principales la mejora del espectro lo que en comparación con otras tecnologías coopera con reducción de costos y mejora de los servicios. Es importante precisar que en la orientación del perfil del Ingeniero en la Universidad Tecnológica de Pereira de se deben desarrollar competencias que le permitan la formación en temas de actualidad como lo es el conocimiento en profundidad de las nuevas tecnologías en transmisiones de datos en este caso LTE, lo anterior pensando en que el Ingeniero pueda desarrollar contenidos que cumplan con los estándares internacionales y plataformas existentes, para de esta manera satisfacer con la demanda del mercado. Al implementar la tecnología Lte se pueden aprovechar las capacidades de sincronización con las que cuentan los dispositivos móviles de última generación, para utilizarlos en procesos especializados, y considerar que las aplicaciones para estos no sólo se pueden desarrollar con fines empresariales, sino que se les puede brindar una orientación social, logrando a través de ello reducir por ejemplo algunas dificultades de tipo médico. 62 CAPITULO 5 REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS [1] BASTERRETCHE, Juan Félix. Dispositivos Móviles Corrientes, Argentina: Universidad Nacional del Nordeste. Facultad de Ciencias Exactas, Naturales y Agrimensura. Licenciatura en Sistemas VERGARA, Jorge Eliecer, GONZÁLEZ, Sonia Esperanza, Pereira Colombia, facultad de ingenierías, Universidad Tecnológica de Pereira, Ingeniería de sistemas y Computación, Monografía especificación y definición de criterios comparativos entre las principales plataformas para el desarrollo de aplicaciones para dispositivos móviles [2] UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PEREIRA. Programa Ingeniería de Sistemas y Computación. [3]Global mobile statistics 2011: all quality mobile marketing research, mobile Web stats, subscribers, ad revenue, usage, trend, disponible en:< http://mobithinking.com/mobile-marketing-tools/latest-mobile-stats> 4G Internet:http://portal.ups.edu.ec/ingenius/edicionn4/La/20telefonia%20movil%20de %20cuarta%20generacion%204G%20y%20Long%20Term%20Evolution.pdf Consultada en septiembre 2011 4g Internet: http://www.dea.icai.upco.es/sadot/Comunicaciones/avanzadas/Fernando_Perez_4 G.pdf consultada en septiembre2011 63 64
