Historia de la Telefonía Móvil

Los primeros sistemas móviles fueron diseñados en los años 20 para uso de la policía en EE. UU. Se asignaba a cada vehículo un canal de radio permanente que quedaba totalmente inactivo durante los silencios del vehículo correspondiente.

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

Desafíos Iniciales del Espectro

• Problema: Si no hay comunicación, el canal sigue ocupado.
• Solución Temporal: Utilizar este sistema mientras haya mucho espectro vacío. (Nota: En los años sesenta del siglo XX, esta solución ya no era viable).
• Evolución: Cambiar el sistema de comunicación, utilizando nuevos protocolos de comunicación: TRUNKING.

El Concepto Trunking

El sistema Trunking consiste en la asignación de un canal libre existente dentro de un conjunto de canales disponibles. Este canal se mantiene ocupado solamente durante el tiempo que dure la conversación, pasando al estado de disponible para otro usuario cuando esta haya terminado. De este modo, el número de canales que hay que instalar y que ocuparán el espectro se reduce notablemente.

Cuando el sistema gana inteligencia y la asignación de canal se realiza de manera automática, sin la intervención de un operador humano, nos encontramos con el Trunking Automático.

Estos sistemas tenían una baja capacidad y eran muy caros de usar, por lo que el número de usuarios era muy selecto. ¿Por qué?

Limitaciones de Capacidad: Un Cálculo Teórico

Para entender la necesidad de evolución, consideremos un cálculo teórico del ancho de banda necesario para un país como España (con 60 millones de usuarios):

Cálculo del Ancho de Banda Necesario

• Datos: Ancho de banda de la Voz + Datos = 30 KHz/comunicación
• Número de móviles en España: 60 Millones

Ancho de banda necesario Total = AB × N.º de móviles

30.000 KHz/comunicación × 60.000.000 comunicaciones = 1.800.000.000.000 Hz

Resultado: 1.8 THz

El Problema y la Solución Definitiva

• Problema: El ancho de banda necesario es inmensamente grande.
• Solución Parcial: No establecer todas las comunicaciones a la vez (lo cual valida el Trunking, pero requiere estudiar bien el grado de ocupación).
• Solución Definitiva: Dividir el país en zonas pequeñas: SISTEMA CELULAR.

El Nacimiento del Sistema Celular

Los sistemas celulares fueron creados por los laboratorios Bell (AT&T) en la década de los 60 del siglo pasado.

Un sistema celular se forma al dividir el territorio al que se pretende dar servicio en áreas pequeñas o celdas (normalmente hexagonales). Cada celda está atendida por una estación de radio. A su vez, las celdas se agrupan en clusters, de forma que el espectro de frecuencias se pueda reutilizar en cada nueva celda, teniendo cuidado de evitar las interferencias.

El concepto celular, propuesto por la «Bell South» a principios de los años setenta, representó el siguiente paso en el aprovechamiento del espectro radioeléctrico.

Primera Generación (1G): Sistemas Analógicos

El punto de inflexión llegó a finales de los años 70 y principios de los 80 con la introducción de la concepción celular, lo que permitió que la telefonía móvil estuviera disponible para un número mayor de usuarios.

A partir de aquí, surgieron numerosos estándares a nivel mundial, pero con un cierto desorden, ya que cada país o grupo de países pequeños tenía su propio estándar.

Características de 1G

Los primeros sistemas celulares comenzaron a instalarse durante la década de los 80. Estos sistemas utilizaban modulación analógica (FM) y funcionaban normalmente en las bandas de 450 MHz, 800 MHz y 900 MHz. Los principales sistemas fueron:

• AMPS (Advanced Mobile Phone System)
• NAMTS (Nippon Advanced Mobile Telephone System)
• TACS (Total Access Communication System)

A partir de 1983, los costos de los celulares se abarataron, lo que provocó un incremento en el consumo de la telefonía celular. Sin embargo, las predicciones indicaban que para 1990 la capacidad del sistema podría saturarse.

Estrategias para la Expansión del Sistema Celular

Ante la posible saturación de la demanda, se plantearon tres maneras de expandir el sistema celular:

1. Moverse hacia nuevas frecuencias de banda.
2. Dividir las celdas existentes en otras más pequeñas.
3. Introducir una nueva tecnología y hacer más eficiente el ancho de banda.

Evaluación de las Soluciones

• 1ª Solución (Dividir celdas): Resultaba muy caro.
• 2ª Solución (Nuevas frecuencias): No se encontraba disponible en ese momento debido a limitaciones tecnológicas.
• 3ª Solución (Nueva tecnología): La FCC (Federal Communications Commission) estimuló la creación de una nueva tecnología. En 1987, declaró que las licencias de telefonía celular podrían emplear una tecnología alternativa en la banda de los 800 MHz. Esto impulsó a la industria a buscar una nueva forma de transmisión que incrementara la eficiencia de las comunicaciones comparadas con el sistema AMPS.

APARECE LA SEGUNDA GENERACIÓN (2G)

Segunda Generación (2G): La Era Digital

Contexto Europeo y el Nacimiento de GSM

En Europa, los sistemas celulares experimentaron un desarrollo continuo, alcanzando un número enorme de usuarios. Esto generó la necesidad de buscar sistemas evolucionados con capacidad de manejo de tráfico elevado.

Problemas de la 1G en Europa

• Crecimiento exponencial en el número de usuarios.
• Diversidad de sistemas existentes en los diferentes países que no presentaban compatibilidad de operación.

Por estas razones, se desarrolló en Europa el estándar GSM (Global System for Mobile Communications), que fue creado en los años 80 y puesto en funcionamiento a principios de los 90, dando origen a la Segunda Generación de telefonía móvil.

Objetivos del Estándar GSM (Europa)

• El sistema debería ser común para toda Europa.
• Debería permitir un gran número de usuarios, en el contexto de la ISDN (Red Digital de Servicios Integrados).
• Se exigía la implantación de mecanismos de seguridad que garantizaran la privacidad de las comunicaciones.
• El uso del espectro debía hacerse de manera eficiente y el sistema debería tener mayor capacidad para cursar tráfico que los sistemas anteriores.
• Permitir terminales cada vez más seguros y ligeros.

Contexto Estadounidense (USA)

En 1988, se creó la Celular Technology Industry Association (CTIA), organismo que tenía como objetivo introducir la nueva tecnología, productos y servicios para 1991.

Objetivos de 2G en USA

• Incrementar la capacidad del sistema comparado con AMPS (analógico).
• Modo dual y compatibilidad AMPS/Digital durante la transmisión de datos.
• Nuevas capacidades como fax y servicio de mensajes cortos (SMS).
• Asegurarse de que el equipo estaría listo para 1991.
• Lograr un servicio estándar de alta calidad.

Consolidación de los Sistemas 2G

Después de largos debates con la TIA (Telecommunications Industry Association), se creó un sistema de tecnologías híbrido que trabajaría con:

• TDMA IS-136
• CDMA IS-195
• El estándar GSM europeo

Cada una de estas tecnologías ofrecía ventajas significativas sobre el sistema AMPS y el resto de tecnologías de 1G.

Así fue como surgió el concepto PCS, que significa Personal Communications Service (Servicio de Comunicaciones Personales) y se refiere principalmente al conjunto de estos tres tipos de tecnología celular.