TELEFONÍA CELULAR 1

Reseña Histórica

                                                                                                                                      

A través de los años el hombre ha presentado un cambio radical en su nivel de vida; los conocimientos que él ha logrado acumular y aplicar en su trabajo ha sido para su beneficio, que ha cambiado radicalmente su modo de vivir.

En el presente trabajo monográfico "La influencia de la tecnología y su repercusión en el mundo actual " se recalcará que entre el hombre de hace unas cuantas décadas y el hombre moderno, existe una diferencia de desarrollo entre la ciencia que está estrechamente relacionada con las innovaciones tecnológicas.

Las necesidades de ciencia y tecnología en nuestro país ya no se satisfacen con la enseñanza de cómo se verifica una ley científica o cómo usar un determinado equipo y maquinaria que resultará obsoleta en un futuro próximo.

En nuestros tiempos preparar gente capaz de pensar y entender lo principios básicos de la ciencia y técnica es fundamental para no detener las dificultades que se presentan e, incluso que pueda desarrollar nuevos procedimientos, en el campo que se está practicando.

Se hablará sobre la ciencia y la tecnología que ha hecho al hombre de un ser muy dotado para la construcción de una nueva vida, aprenderemos de cómo el hombre ha revolucionado la tecnología, desde la era en que ni conocíamos el fuego, hasta estar en los modernos celulares, televisores, computadoras entre otros descubrimientos tecnológicos.Mientras vaya pasando el tiempo la ciencia y la tecnología se van actualizando, estos temas que hemos visto desde tiempos muy remotos se irán actualizando.

Comenzaron a llamar Tecnologías a toda aquella Tecnología innovadora que nos permite realizar actividades más complejas en un menor tiempo y con un mínimo de esfuerzo. Para el mundo actual, la Tecnología permitiría crear una igualdad de competencias entre los diversos países del mundo e igualdad de circunstancias por trabajos que requieren conocimiento. 

La globalización pasa a ser preocupación de naciones a ser una preocupación de individuos que colaboran y compiten globalmente. Los detonadores de la revolución tecnológica empiezan con el nacimiento del Internet. Entre las predicciones para el futuro en cuestión del enfoque Tecnológico será el uso de poderosos motores de búsqueda de información. La capacidad de comunicarse, socializar y comerciar permitirá a la nueva Tecnología que la gente viva donde sea más conveniente para ella y a bajo costo. 

En el enfoque de las soluciones de negocios, la premisa será que las empresas tendrán que sacar ventaja del conocimiento institucional y sacar ventaja competitiva sostenible. Para el enfoque de los productos, la tecnología abaratará manufactura y costos. Para el enfoque de la mercadotecnia el uso de las Tecnologías y el Internet y los medios de comunicación permitirán que la publicidad sea diseñada a la medida de cada cliente, pero con un alto alcance y un bajo costo. Para el enfoque gubernamental el uso de las Tecnologías permitirá ofrecer diversos servicios a cualquier hora y lugar. Para el enfoque educativo el formato tradicional presencial puede ser superado por los cursos en línea, vía satélite y por Internet, acezar a más y mejores oportunidades sin realizar desplazamientos de sus lugares de origen.

Está claro que entre la ciencia, la tecnología, y la sociedad existe una estrecha relación. Y esta estrecha relación podría considerarse hoy en día como indestructible, es decir, en nuestros tiempos la sociedad está tan ligado con estos dos señores que es imposible de separarlos. No tanto imposible de separarlos, sino, que serían muy difícil de separar.

                                      

     Cronología

A los efectos de mostrar la evolución de la telefonía móvil en la historia se procederá a describir una breve reseña que muestra el avance de la misma:

1843 – Un talentoso químico de nombre Michael Faraday comenzó un profundo estudio sobre la posible conducción de electricidad del espacio. Faraday expuso sus grandes avances respecto a la tecnología del siglo anterior, lo que ayudó en forma incalculable en el desarrollo de la telefonía celular.

1876 - El teléfono es inventado por Alexander Graham Bell.

1894 – Si bien la comunicación inalámbrica tiene sus raíces en la invención del radio por Nikolai Tesla en la década de 1880, formalmente fue presentado en 1894 por un joven italiano llamado Guglielmo Marconi.

1946 - Se introduce el primer servicio público de telefonía móvil en las veinticinco ciudades más grandes de Estados Unidos. Cada sistema constaba de un transmisor de alta potencia y una torre muy alta para cubrir distancias de hasta 50 km. Estos sistemas FM usaban 120 KHz de ancho de banda en RF en el modo half-duplex (una sola persona puede hablar por vez) aunque el espectro vocal ocupa sólo 3 KHz. Este gran ancho de banda en RF se necesitaba por la gran dificultad de fabricar filtros de RF ajustados y los amplificadores receptores de RF de bajo ruido.


1947 - Fue un gran año para lo que sería la industria de la telefonía celular. En ese año los científicos desarrollaron las ideas que permitían el uso de teléfonos móviles usando "células" que iden.tificaran un usuario en cualquier punto desde donde se efectuara la llamada. Sin embargo, la limitada tecnología del momento obligó a desarrollos posteriores

1949 – En la época predecesora a los teléfonos celulares, la gente que realmente necesitaba comunicación móvil tenía que confiar en el uso de radio-teléfonos en sus autos. En el sistema radio-telefónico, existía sólo una antena central por cada ciudad, y unos pocos canales disponibles en la torre.

Esta antena central significaba que el teléfono en el vehículo requeriría una antena poderosa, lo suficientemente poderosa para transmitir a 50 o 60 km de distancia. Estos también significaba que no muchas personas podrí aún usar los radio-teléfonos-- simplemente no existían suficientes canales para conectar.

En este año se autorizaron en EEUU seis canales móviles adicionales a las portadoras de radio comunes, las cuales definieron como compañías que no proporcionan un servicio telefónico de línea alámbrica pública, pero si se interconectan a la red telefónica pública y proporcionan un servicio de teléfono inalámbrico equivalente. Luego se incrementó el número de canales de 6 a 11, reduciendo el ancho de banda a 30 KHz. y espaciando los nuevos canales entre los viejos.

 1950 - La FCC duplica el número de canales telefónicos móviles en base a la mejora de la tecnología, que permite cortar el ancho de banda de RF en 60 KHz 1960 - Mitad de esta década, el ancho de banda de RF era de 30 KHz. Por lo que desde los años 40 hasta mitad de los 60, sólo hubo un incremento de 4 veces en la eficiencia del espectro.

    Al mismo tiempo se introdujo el IMTS (Improved Mobile Telephone Service) por lo que las compañías telefónicas comenzaron a ofrecer sistemas telefónicos móviles full dúplex, auto-dial y auto-trunking. Pero lamentablemente, este servicio se saturó inmediatamente en casi todas las ciudades. 

1960, los laboratorios Bell, AT&T y otras compañías telefónicas de todo el mundo investigaron la teoría y las técnicas de la radiotelefonía celular, el concepto de dividir una zona en pequeñas celdas, en las cuales se reúsan las frecuencias para incrementar el espectro disponible a expensas de una utilización de mayor infraestructura. AT&T propuso este concepto de telefonía móvil celular a la FCC en 1968 y la tecnología estuvo disponible a finales de los años 70 En 1983, la FCC asignó 666 canales dúplex que ocupan un espectro de 40 MHz en la banda de 800 MHz y cada canal tiene un ancho de banda de 30 KHz, para el denominado sistema AMPS (Advanced Móvil Phone System).

     La FCC dispuso que cada ciudad podría tener dos operadores de telefonía celular para asegurar la competencia, por lo que los 666 canales de radio se dividen en dos sistemas de 333 canales cada uno. En 1989, la FCC agregó 166 canales de radio para dar respuesta al rápido crecimiento de demanda

Los teléfonos celulares han revolucionado el área de las comunicaciones, redefiniendo cómo percibimos las comunicaciones de voz. Tradicionalmente, los teléfonos celulares se mantuvieron fuera del alcance de la mayoría de los consumidores debido a los altos costos involucrados.

Como resultado, las compañías proveedoras de servicios invirtieron tiempo y recursos en encontrar nuevos sistemas de mayor capacidad, y por ende, menor costo. Los sistemas celulares se están beneficiando de estas investigaciones y han comenzado a desarrollarse como productos de consumo masivo.

La telefonía celular es un sistema de comunicación telefónica totalmente inalámbrica. Durante el desarrollo de este trabajo, se verá, como los sonidos se convierten en señales electromagnéticas, que viajan a través del aire, siendo recibidas y transformadas nuevamente en mensajes. A su vez, se especificarán y se compararán las diferentes tecnologías que se utilizan en dicho proceso. ¿Cuáles son las tecnologías que se utilizan actualmente en las comunicaciones inalámbricas? ¿Qué tendencias se pueden observar en cuanto al desarrollo de las mismas?

Inicialmente los celulares eran analógicos. Se evaluarán las razones por la cual hubo una necesaria migración de estos sistemas a sistema digital.  La nueva revolución que implementa el uso social de celulares genera ventajas y al mismo tiempo desventajas. La accesibilidad al nuevo medio de comunicación, en un fuerte aumento en los últimos años, propone un contacto constante entre los ciudadanos. En este punto surge el dilema o las distintas interpretaciones sobre si el nuevo método comunicativo es positivo o negativo.

El aumento masivo del uso de celulares en la sociedad, nos ha llevado a reflexionar acerca de los nuevos comportamientos que existen en las personas: nos interesa realmente saber cuál es el impacto de los celulares en las personas. De esta manera generamos diversas hipótesis, interrogantes que iremos desarrollando y respondiendo a lo largo del trabajo. Se apuntará a la interacción del usuario con el celular y a través del mismo con la sociedad.

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1964 – Hasta la fecha, los sistemas de telefonía móvil operaban sólo en el modo manual; un operador del teléfono móvil especial manejaba cada llamada, desde y hacia cada unidad móvil. En 1964, los sistemas selectores de canales automáticos fueron colocados en servicio para los sistemas de telefonía móvil. Esto eliminó la necesidad de la operación oprimir-para-hablar (push-to-talk) y les permitía a los clientes marcar directamente sus llamadas, sin la ayuda de una operadora.

El MTS (Sistema de Telefonía Móvil) usa los canales de radio de FM para establecer enlaces de comunicación, entre los teléfonos móviles y los transceptores de estación de base centrales, los cuales se enlazan al intercambio de teléfono local por medio de las líneas telefónicas metálicas normales. Los sistemas MTS sirven a un área de aproximadamente 60 Km. a la redonda y cada canal opera similarmente a una línea compartida. Cada canal puede asignarse a varios suscriptores, pero sólo un suscriptor puede utilizarlo a la vez. Si el canal pre asignado está ocupado, el suscriptor debe esperar hasta que se desocupe, antes de hacer o recibir una llamada.

1971 - La demanda creciente en el espectro de frecuencia de telefonía móvil saturado impulsó a buscar un modo de proporcionar una eficiencia del espectro de frecuencia mayor. En este año, AT&T hizo una propuesta sobre la posibilidad técnica de proporcionar respuesta a lo anterior. Se comenzaba a delinear el principio de la radio celular.

-En este mismo año en Finlandia se lanza la primera red pública exitosa de telefonía móvil, llamada la red ARP. Dicha red es vista como la Generación 0 (0G), estando apenas por encima de redes propietarias y redes de cobertura local. Detalles de la tecnología usada en el momento se detallan en la siguiente sección.

1973 – El Dr. Martin Cooper es considerado el inventor del primer teléfono portátil. Considerado como "el padre de la telefonía celular"; siendo gerente general de sistemas de Motorola realizó una llamada a sus competidores de AT&T desde su teléfono celular, transformándose en la primera persona en hacerlo.

1977 – Los teléfonos celulares se hacen públicos, dando comienzo las pruebas en el mercado. La ciudad de Chicago fue la primera en comenzar con 2000 clientes. Eventualmente otras líneas de prueba aparecieron en Washington D.C. y Baltimore.

1979 – Si bien los americanos eran los pioneros en la tecnología, los primeros sistemas comerciales aparecieron en Tokio, Japón por la compañía NTT, en 1979.

1983 – Chicago, Washington D.C. y Baltimore son los escenarios de los primeros lanzamientos de sistemas comerciales de telefonía celular en Estados Unidos.

1983 – La AMPS (Sistema Avanzado de Telefonía Móvil) es lanzada usando frecuencias de banda desde 800 MHz. hasta 900 MHz y de 30 KHz. de ancho de banda para cada canal como un sistema totalmente automatizado de servicio telefónico. Es el primer estándar en telefonía celular en el mundo.

1986 – Con ese punto de partida, en varios países se diseminó la telefonía celular como una alternativa a la telefonía convencional inalámbrica. Para 1986 los usuarios de telefonía celular llegan a los 2 millones sólo en Estados Unidos.

Debido a esta gran aceptación, el servicio comenzó a saturarse rápidamente, creándose así la necesidad de desarrollar e implantar otras formas de acceso múltiple al canal y transformar los sistemas analógicos a digitales, con el objeto de darles cabida a más usuarios

1987 – La Industria llega a los 1000 millones de dólares en ganancias.

1988 – Este año cambió muchas de las tecnologías típicas del pasado. Se crea un nuevo estándar, el TDMA Ínterin Standard 54, el cual es oficializado en 1991.

– Motorola introduce el teléfono móvil DynaTAC, el primer radioteléfono puramente "móvil". El teléfono, apodado "el ladrillo", tenía una hora de tiempo de conversación y ocho horas de tiempo en modo en espera.

1996 – Bell Atlantic Mobile lanza la primera red comercial CDMA en los Estados Unidos.

1997 – Los usuarios de la industria inalámbrica —celular, PCS y ESMR— superan los 50 millones.

– Entra en uso la red digital e inalámbrica de voz y datos (2G)

13 de Octubre de 2003 – 20° Aniversario de las Comunicaciones Inalámbricas Comerciales. Presente en Estados Unidos, América Latina y Asia:

·         Más de 182 millones de americanos son usuarios de telefonía móvil, 200,000 es el número de veces por día en las que alguien llama por ayuda desde un teléfono móvil.

·    En América Latina 37 de cada cien habitantes son abonados de la telefonía móvil. Esto determina unos 190 millones de usuarios de la telefonía móvil, contra 88 millones de la telefonía fija.   El crecimiento experimentado por la telefonía móvil en el Caribe entre 1997 y 2003 fue del 25%, dos veces y media más que el crecimiento de la telefonía fija.

·   En cuanto a tecnología, en la región 73.3 millones de abonados emplean la segunda generación (GSM), 2.2 millones mantienen la analógica, la primera del mercado, y dos millones siguen empleando el sistema de busca personas como medio de comunicación.

·     La situación en Asia es bastante distinta. Si bien la penetración en el mercado de la telefonía celular se mantiene por debajo del 25%, la mayoría de los mercados asiáticos se saturarían mucho antes que los mercados de Japón o Europa Occidental debido a los relativos bajos ingresos. Esto es particularmente cierto para China, India e Indonesia, los cuales colectivamente conforman más del 70% de los habitantes de la región. Sin embargo, el promedio de penetración del mercado en estos países se acerca sólo a 17%, y se mantendrá por debajo del 35% durante los siguientes 5 años.

1.    En la sección anterior se presentó una muestra de la evolución de la telefonía celular a lo largo de los años. Las distintas necesidades y avances dieron lugar a generaciones tecnológicas bien diferenciadas que se comentan a continuación.

En dicha evolución se aprecia cómo se van cumpliendo las necesidades del mercado para tener acceso múltiple al canal de comunicación, así como la necesaria migración de los sistemas analógicos a sistema digital con el fin de permitir mayor volumen de usuarios y ofrecer los niveles de seguridad que se demandaban.

1.    0G 
Representa a la telefonía móvil previa a la era celular. Estos teléfonos móviles eran usualmente colocados en autos o camiones, aunque modelos en portafolios también eran realizados. Por lo general, el transmisor (Transmisor-Receptor) era montado en la parte trasera del vehículo y unido al resto del equipo (el dial y el tubo) colocado cerca del asiento del conductor.

Eran vendidos a través de WCCs (Empresas Telefónicas alámbricas), RCCs (Empresas Radio Telefónicas), y proveedores de servicios de radio doble vía. El mercado estaba compuesto principalmente por constructores, celebridades, etc.

Esta tecnología, conocida como Autoradiopuhelin (ARP), fue lanzada en 1971 en Finlandia; conocida ahora como el país con la primera red comercial de telefonía móvil.

2.    Generación Cero (0G)

La 1G de la telefonía móvil hizo su aparición en 1979, si bien proliferó durante los años 80. Introdujo los teléfonos "celulares", basados en las redes celulares con múltiples estaciones de base relativamente cercanas unas de otras, y protocolos para el "traspaso" entre las celdas cuando el teléfono se movía de una celda a otra.

La transferencia analógica y estrictamente para voz son características identificadoras de la generación. Con calidad de enlaces muy reducida, la velocidad de conexión no era mayor a (2400 bauds). En cuanto a la transferencia entre celdas, era muy imprecisa ya que contaban con una baja capacidad (Basadas en FDMA, Frequency División Múltiple Access), lo que limitaba en forma notable la cantidad de usuarios que el servicio podía ofrecer en forma simultánea ya que los protocolos de asignación de canal estáticos padecen de ésta limitación.

Con respecto a la seguridad, las medidas preventivas no formaban parte de esta primitiva telefonía celular. La tecnología predominante de esta generación es AMPS (Advanced Mobile Phone System), desarrollada principalmente por Bell. Si bien fue introducida inicialmente en los Estados Unidos, fue usada en otros países en forma extensiva. Otro sistema conocido como Sistema de Comunicación de Acceso Total (TACS) fue introducido en el Reino Unido y muchos otros países.

Si bien había diferencias en la especificación de los sistemas, eran conceptualmente muy similares. La información con la voz era transmitida en forma de frecuencia modulada al proveedor del servicio. Un canal de control era usado en forma simultánea para habilitar el traspaso a otro canal de comunicación de serlo necesario. La frecuencia de los canales era distinta para cada sistema. MNT usaba canales de 12.5KHz, AMPS de 30KHz y TACS de 25KHz.

A su vez, el tamaño de los aparatos era mayor al de hoy en día; fueron originalmente diseñados para el uso en los automóviles. Motorola fue la primera compañía en introducir un teléfono realmente portátil.

Motorola DynaTAC

Estos sistemas (NMT, AMPS, TACS, RTMI, C-Netz, y Radiocom 2000) fueron conocidos luego como la Primera Generación (G1) de Teléfonos Celulares.

En Setiembre de 1981 la primera red de telefonía celular con roa Ming automático comenzó en Arabia Saudita; siendo un sistema de la compañía NMT. Un mes más tarde los países Nórdicos comenzaron una red NMT con roa Ming automático entre países.

3.    Primera generación (1G)

Si bien el éxito de la 1G fue indiscutible, el uso masivo de la propia tecnología mostró en forma clara las deficiencias que poseía. El espectro de frecuencia utilizado era insuficiente para soportar la calidad de servicio que se requería. Al convertirse a un sistema digital, ahorros significativos pudieron realizarse. Un número de sistemas surgieron en la década del 90’ debido a estos hechos, y su historia es tan exitosa como la de la generación anterior. La Segunda Generación (2G) de telefonía celular, como ser GSM, IS-136 (TDMA), iDEN and IS-95 (CDMA) comenzó a introducirse en el mercado.

La primera llamada digital entre teléfonos celulares fue realizada en Estados Unidos en 1990. En 1991 la primera red GSM fue instalada en Europa.  La generación se caracterizó por circuitos digitales de datos conmutados por circuito y la introducción de la telefonía rápida y avanzada a las redes. Usó a su vez acceso múltiple de tiempo dividido (TDMA) para permitir que hasta ocho usuarios utilizaran los canales separados por 200MHz. Los sistemas básicos usaron frecuencias de banda de 900MHz, mientras otros de 1800 y 1900MHz. Nuevas bandas de 850MHz fueron agregadas en forma posterior. El rango de frecuencia utilizado por los sistemas 2G coincidió con algunas de las bandas utilizadas por los sistemas 1G (como a 900Hz en Europa), desplazándolos rápidamente.

La introducción de esta generación trajo la desaparición de los "ladrillos" que se conocían como teléfonos celulares, dando paso a pequeñísimos aparatos que entran en la palma de la mano y oscilan entre los 80-200gr. Mejoras en la duración de la batería, tecnologías de bajo consumo energético.

Teléfono GSM de diseño regular

EL sistema 2G utiliza protocolos de codificación más sofisticados y se emplea en los sistemas de telefonía celular actuales. Las tecnologías predominantes son: GSM (Global System por Mobile Communications); IS-136 (conocido también como TIA/EIA136 o ANSI-136) y CDMA (Se encontrará información detallada de los protocolos en la sección correspondiente más adelante.Code Division Multiple Access) y PDC (Personal Digital Communications), éste último utilizado en Japón.

Los protocolos empleados en los sistemas 2G soportan velocidades de información por voz más altas, pero limitados en comunicación de datos. Se pueden ofrecer servicios auxiliares, como datos, fax y SMS (Short Message Service). La mayoría de los protocolos de 2G ofrecen diferentes niveles de encripción. En Estados Unidos y otros países se le conoce a 2G como PCS (Personal Communications Service).

4.    Segunda generación (2G)

Una vez que la segunda generación se estableció, las limitantes de algunos sistemas en lo referente al envío de información se hicieron evidentes. Muchas aplicaciones para transferencia de información eran vistas a medida que el uso de laptops y del propio Internet se fue popularizando. Si bien la tercera generación estaba en el horizonte, algunos servicios se hicieron necesarios previa a su llegada. El General Packet Radio Service (GPRS) desarrollado para el sistema GSM fue de los primeros en ser visto. Hasta este momento, todos los circuitos eran dedicados en forma exclusiva a cada usuario. 

Este enfoque es conocido como "Circuit Switched", donde por ejemplo un circuito es establecido para cada usuario del sistema. Esto era ineficiente cuando un canal transfería información sólo en un pequeño porcentaje. El nuevo sistema permitía a los usuarios compartir un mismo canal, dirigiendo los paquetes de información desde el emisor al receptor. Esto permite el uso más eficiente de los canales de comunicación, lo que habilita a las compañías proveedoras de servicios a cobrar menos por ellos.

Aún más cantidad de mejoras fueron realizadas a la taza de transferencia de información al introducirse el sistema conocido como EDGE (Enhanced Data rates aplicado a GSM Evolution). Éste básicamente es el sistema GPRS con un nuevo esquema de modulación de frecuencia.

Mientras GPRS y EDGE se aplicaron a GSM, otras mejoras fueron orientadas al sistema CDMA, siendo el primer paso de CDMA a CDMA2000 1x.2.5G provee algunos de los beneficios de 3G (por ejemplo conmutación de datos en paquetes) y puede usar algo de la infraestructura utilizada por 2G en las redes GSM and CDMA. 

La tecnología más comúnmente conocida de 2.5G es GPRS (nombrada anteriormente), que provee transferencia de datos a velocidad moderada usando canales TDMA no utilizados en la red GSM. Algunos protocolos, como ser EDGE para GSM y CDMA2000 1x-RTT para CDMA, califican oficialmente como servicios "3G" (debido a que su taza de transferencia de datos supera los 144 kbit/s), pero son considerados por la mayoría como servicios 2.5G (o 2.75G, que luce aún más sofisticado) porque son en realidad varias veces más lentos que los servicios implementados en una red 3G.  Mientras los términos "2G" y "3G" están definidos oficialmente, no lo está "2.5G". Fue inventado con fines únicamente publicitarios.

Investigación realizada por estudiantes de bachillerato general, promoción 2016, INVAS