11.11.16

Evolución de Tecnologías Moviles

Los dispositivos móviles han evolucionado notablemente, teniendo entre sus principales avances:

  • Mejora significativa en el rendimiento del procesamiento de datos, siendo incluso mejores que las supercomputadores de los años 90s.
  • Mejora en gráficos con capacidad de procesar miles de megapixeles por segundo.
  • Alta calidad multimedia, capacidad de reproducir vídeos 4K UltraHD y sonido surround 5.1/7.1
  • Conectividad confiable, con una perdida de señal mínima que resulta en tener una señal de recepción cien mil millones de veces menor a la originada por la fuente.
  • Promedios de velocidad de transmisión de datos de hasta 300+ Mbps.
  • Baterías de larga duración que consumen menos que una bombilla encendida por 15 minutos.
Para poder soportar estas nuevas características, las Redes Móviles tuvieron que evolucionar acorde a esta demanda.


En la primera generación la tecnología era análoga, varias tecnologías móviles fueron desarrolladas a nivel local o regional NMT (Nordic Mobile Telephone), AMPS (Advanced Mobile Phone System), TACS (Total Access Communications System), A-Netz to E-Netz, Radiocom 2000, RTMI (Radio Telefono Mobile Integrato), JTACS (Japan Total Access Communications System) y TZ-80n. Debido a los muchos estándares desarrollados que dificultaban la interoperabilidad entre usuarios es que las organizaciones de estandarizacion mas importantes del mundo deciden juntarse y crear el 3GPP con la finalidad de estandarizar las arquitecturas y protocolos de las Redes Móviles, por otro lados los fabricantes de equipos también deciden crear su propio grupo llamándolo 3GPP2; esto da el inicio del desarrollo de dos grandes estándares a nivel mundial.

La primer tecnología desarrollada por el 3GPP2 fue el IS-95(cdmaOne) que era de mayor capacidad en los canales de voz que la tecnología GSM desarrollada por el 3GPP, pero la mayoría de operadores a nivel mundial decidieron usar la tecnología GSM ya que para usar el IS-95(cdmaOne) el 3GPP2 pedía un pago de loyalty por su uso.

Para finales de la tercera generación el 3GPP ya había desarrollado tecnologías superiores a las del 3GPP2 entonces las operadoras móviles empiezan a migrar hacia los estándares del 3GPP, es allí donde ambos grupos deciden mirar a un mismo objetivo y desarrollar un mismo estándar para una interoperabilidad global.


First Generation - 1G

La primera generación de las Redes Móviles establecen los fundamentos de la movilidad implementando Estaciones Base para proveer el servicio a los usuarios, se aplica el re-uso de frecuencias en Estaciones Base separadas geográficamente para evitar interferencias.


Se realiza la limpieza del espectro radioeléctrico para uso exclusivo de tecnologías móviles, el acceso multiple se realiza mediante FDMA, debido a esto se requiere una banda de guarda para separar las comunicaciones de los usuarios y evitar interferencias, ademas que solamente se puede tener a un usuario por canal, esto evidentemente es un mal uso del tan preciado espectro radioeléctrico.


Debido a la modulación FM de esta generación, los equipos analógicos resultan ser pesados, costosos y de baja autonomía energética.




Second Generation - 2G

La segunda generación de las Redes Móviles incrementan la capacidad de usuarios por canal usando como acceso multiple el TDMA logrando así expandir los servicios de voz hacia las masas. A partir de esta generación la modulación es completamente digital y los equipos resultan ser muchos mas baratos y pequeños con mejor autonomía energética.


Global System for Mobile Communication - GSM
La arquitectura GSM es la primera en implementar el SMS (Short Message Service) y ofrece navegación a través de la PSTN (Public Switched Telephone Network) a 9.6 kbps por HSCSD (High-Speed Circuit-Switched Data) pero carece de una conexión directa a la red de datos.


General Packet Radio Service - GPRS
Es un servicio de datos inalambrico ampliamente desarrollado para su época, disponible en la mayoría de redes GSM. En GPRS se toma como base la arquitectura GSM y se agregan dos nuevos elementos, el primero es el SGSN (Serving GPRS Support Node) que sera en encargado de la gestión de movilidad, autenticación y cifrado, y tendrá las funciones de un Packet Switch MSC; el segundo elemento agregado es el GGSN (Gateway GPRS Support Node) que tendrá la función de ser el gateway entre el NSS hacia el Internet.



Con las introducción de estos dos nuevos elementos surge el concepto de PDP Context que es la asociación entre el SGSN y GGSN con una dirección PDP, este contexto hace posible que se cree un túnel lógico entre el MS y el GGSN para el trafico de datos.


Enhanced Data rates for GSM Evolution - EDGE
Se introduce una nueva técnica de modulación pasando del GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) hacia el 8PSK (8 Phase Shift Keying) y una nueva codificacion de canal para lograr una mejor eficiencia del espectro. Esta tecnología fue exitosamente introducida manteniendo la infraestructura GSM/GPRS y mejorando las velocidades de carga y descarga.



Third Generation - 3G

En la tercera generación de las Redes Móviles se introduce el acceso multiple por CDMA mejorando significativamente la utilización del preciado y limitado espectro radioeléctrico trayendo consigo beneficios tales como un aumento significativo de la capacidad de los canales de voz, incrementa la autonomía energética de los dispositivos móviles y mejora la seguridad con la codificación CDMA.


Release '99 y Release 4 - WCDMA - Universal Mobile Telecommunication System - UMTS
Para poder soportar el acceso multiple por WCDMA en el Release '99 la parte de acceso a la red (Equipos y Protocolos) son cambiados en su totalidad, llamando a esta nueva arquitectura de acceso UTRAN (Universal Terrestrial Radio Access Network) y se mantiene la parte Core GSM/GPRS realizando una actualización de los equipos a 3G.



El problema que se tenia hasta ahora es que cada vez que se tenia que establecer una comunicación de voz, los usuarios tenían que pasar obligatoriamente por el MSC y el MSC tenia que mantener esta comunicación el tiempo que lo requieran los usuarios; esto ocasionaba que en horas punta los MSC estén saturados manteniendo las comunicaciones. Otra desventaja era que si un usuario de la ciudad A quería comunicarse con otro en la misma ciudad y el MSC se encontraba en la ciudad B, la comunicación tenia que mantenerse por medio de la ciudad B.

En el Release 4 se tomo en cuenta solucionar estos problemas y se separa el MSC en dos componentes, el MSC Server que se ocupa de la señalización y control de llamada (Control Plane) y el MGW (Media Gateway) que se encargara de mantener la comunicación una vez establecida (User Plane).




Esta nueva mejora también ayuda a mejorar la tecnología 2G ya existente.


Release 5 - High Speed Downlink Packet Access - HSDPA
En el Release 5 el objetivo es llevar todo el trafico por la Red de Datos (Packet Switched Network), para esto se retiran la mayoría de elementos del Circuit Switched Network y se reemplaza por el modulo IMS (IP Multimedia Subsystem) y se utiliza el protocolo SIP para el uso de llamadas.

HSDPA es añadido a la Red de Acceso y el uso de la potencia de salida es mejorada y se agregan nuevas modulaciones (16QAM, 64QAM) logrando así mayor capacidad de descarga.



Release 6 - High Speed Uplink Packet Access - HSUPA
En el Release 6 la Red de Acceso es abierta a tecnologías no desarrolladas por el 3GPP, se mejora la seguridad y encriptación de los SIM Cards, es añadido el HSUPA a la Red de Acceso controlando la potencia que emiten los User Equipment a la Red. La Red Core se mantiene igual.


Release 7 - Evolved High Speed Packet Access - HSPA+
En el Release 7 no se realizan mayores cambios en la Red Core, HSPA+ es añadido a la Red de Acceso y se introducen modulaciones mas altas con la finalidad de incrementar la carga y descarga de datos ademas el gran aporte es el uso del MIMO (Multiple Input Multiple Output).


Release 8 y Release 9 - Long Term Evolution - LTE
No, no es un error que haya colocado el LTE como una tecnología 3G, técnicamente lo es, pero comercialmente con fines de marketing fue llamada 4G, mas detalles aquí.

En el Release 8 y Release 9 se cambia completamente la estructura de la Red de Acceso y la Red Core, la modulación es robusta en ambientes densos (OFDMA para bajada y SC-FDMA para subida), capacidad de enlace aumentada mediante MIMO, altamente escalable, baja latencia y es una arquitectura altamente resilente, es decir, si la red se cae esta se levanta sola.






Fourth Generation - 4G

A partir del Release 10 ya empezamos a hablar del 4G con la introducción del LTE Advance el cual toma la infraestructura del LTE y realiza mejoras continuas sin variar demasiado su arquitectura.

Release 10 en adelante - LTE Advance
Release 11 en adelante - LTE Advance

Release 10
Release 11
Release 12
Release 13
Release 14

Fift Generation - 5G

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