Servicios Modernos de Telecomunicaciones (página 2)

Cada una de las bandas, a su vez, está dividida en canales que ocupan 30 kHz cada uno, por lo cual, en cada banda caben 333 canales (o conversaciones simultáneas). Vale la pena resaltar que en cada región puede haber cualquier cantidad de células, usando cada una de ellas un determinado conjunto de estos 333 canales, siempre y cuando no sean utilizados los mismos canales en células adyacentes. Cada uno de estos canales funciona como canal de acceso a la red para los usuarios, por medio de equipos terminales que son teléfonos portátiles, consistentes en una unidad de control, un radiorreceptor, un radiotransmisor y su antena. Por otra parte, las oficinas de conmutación contienen todos los elementos necesarios para control de llamadas, interconexión con la red telefónica, contabilidad y facturación.

El servicio para el que inicialmente fue concebida la radiotelefonía celular fue similar al de la telefonía por medio de la red telefónica pública, es decir, comunicaciones de voz, pero con esquemas de acceso similares a los de la radiotelefonía tradicional, es decir, por medio de canales de radio. Las ventajas que se esperaba que la telefonía celular tendría sobre la red telefónica tradicional son: a) los equipos terminales (es decir, los aparatos telefónicos) son portátiles y no requieren de un enlace de cable para tener acceso a la red telefónica, b) un equipo terminal puede desplazarse dentro del área de cobertura sin interrumpir la comunicación, c) por medio de un equipo de telefonía celular se pueden establecer conversaciones con equipos telefónicos conectados a la red telefónica tradicional, d) el número de usuarios de una red puede aumentar casi sin límite debido a la posibilidad de reutilizar frecuencias, de reducir tamaños de células y de explotar adecuadamente las complejas técnicas de codificación.

La tecnología celular es diferente de los conceptos que la precedieron, al menos en lo referente a la posibilidad de reutilizar frecuencias. Con sistemas convencionales de radio, el objetivo era tener la mayor cobertura posible con cada una de las estaciones fijas, usando antenas montadas en altas torres, con potencias de transmisión grandes. A cada estación le corresponde un grupo de canales y la configuración del sistema no cambia a lo largo del tiempo. Con las redes celulares las potencias radiadas por las estaciones base se mantienen al mínimo, de manera tal que, en combinación con antenas localizadas a las alturas mínimas, se pueda garantizar la cobertura deseada con la calidad requerida. Con ello se logra que muchas células no adyacentes usen las mismas frecuencias sin interferir las transmisiones de unas con las de otras (en esto precisamente consiste la reutilización de frecuencias). Este revolucionario concepto está basado en las siguientes ideas: un canal de radio para una conversación telefónica consiste en un par de frecuencias, una para cada dirección de envío (base a móvil y móvil a base). Se insiste en que células adyacentes tienen que utilizar distintas frecuencias, ya que, en caso contrario, habría interferencia entre las conversaciones que las usaran. Para ilustrar este punto recordemos que en ocasiones, al viajar por alguna carretera y estar escuchando radio llega un momento en que se pueden escuchar simultáneamente dos estaciones sin modificar la sintonía del receptor. Conforme uno avanza disminuye la intensidad de una de ellas y aumenta la de la otra. Este efecto es similar al descrito en las redes celulares.

Debe estar claro que células geográficamente separadas sí pueden emplear los mismos conjuntos de frecuencias sin que haya un efecto perjudicial entre las conversaciones que las usen. La limitante que existe en cuanto al número de usuarios del servicio en una célula se debe a la cantidad de frecuencias que se tienen asignadas en esa célula. Sin embargo, si se reduce el tamaño de las células, lo cual equivale a reducir el área de cobertura de las mismas (esto se logra disminuyendo la potencia transmitida, la altura de las antenas de las bases o ambas) se puede aumentar el número total de usuarios de una red, debido a que, si bien el número de usuarios por célula no aumenta, sí se incrementa el número total de células. Desde luego que cada célula, independientemente de su tamaño, debe tener una estación base, cuyas transmisiones (combinación de antena y potencia transmitida) sean tales, que cubran adecuadamente el área asignada (figura VI.4).

Figura VI.4. Configuración de un sistema celular con estaciones base.

La arquitectura de una red celular se muestra en la figura VI.5. En ella puede ser identificado el hecho de que células no adyacentes utilizan los mismos conjuntos de frecuencias. Por ejemplo, las células 1 y 5 de la figura utilizan los conjuntos de frecuencias F1, mientras que las células 2 y 6 tienen a su disposición los conjuntos de canales F2.

Figura VI.5. Sistema celular con reutilización de frecuencias.

El servicio más importante que se ofrece por medio de una red celular es el de comunicación de voz, el cual opera de la siguiente manera. En las llamadas originadas en la unidad móvil, cuando un usuario activa su teléfono, se realiza un proceso de búsqueda por el canal de control para identificar un canal con buena recepción. Generalmente éste está asignado a la base más cercana. Esta búsqueda es controlada por el equipo móvil y se realiza cuando el equipo no se está utilizando en una conversación. Una vez identificado el canal que será utilizado, la unidad móvil se considera inicializada y lista para establecer una comunicación. Después de esto, se envía el número seleccionado (correspondiente al usuario que se desea llamar) hacia la estación base, misma que envía esta información a la unidad de conmutación, que es la encargada de localizar la célula en la que está ubicada la unidad buscada. Una vez identificada, se le asigna un canal, se le notifica que tiene una llamada y se puede iniciar la conversación. Cuando la llamada se origina en un aparato de la red pública telefónica, se hace llegar la solicitud a la central celular de conmutación, la cual se encarga de localizar al usuario destino y de hacer la señalización correspondiente. Al terminar una conversación, ambos usuarios liberan los canales de radio asignados para esa conversación y las unidades móviles reactivan el monitoreo de la calidad de los canales. Finalmente, si durante la conversación de una unidad en movimiento se detecta que la unidad ha salido de la zona de cobertura de una célula (por medio de las intensidades de las señales en los canales de control), el sistema le asigna a esta conversación una nueva frecuencia (o sea, un nuevo canal de radio) y se realiza la nueva asignación sin que el usuario se percate de ello.

Aunque actualmente el servicio preponderante en estas redes es el de conversaciones de voz, existen equipos que permiten transmitir también mensajes de fax y de datos. La tecnología está evolucionando rápidamente y, en un futuro cercano, se podrán realizar con eficacia transmisiones digitales, ampliando de esta manera la gama de servicios que podrán ser ofrecidos a los usuarios.

Como complemento de la telefonía celular, utilizando nuevos avances tecnológicos en diversas áreas, surgieron hace aproximadamente una década los servicios personales de comunicación. Con este novedoso concepto la tendencia es que la comunicación se origine en una persona y termine en otra, independientemente de los lugares en los que se encuentren dichas personas. Tradicionalmente las comunicaciones han sido de equipo terminal a equipo terminal, estando los equipos terminales fijos en una habitación (por ejemplo, en la cocina, en la recámara, en el escritorio, etc.). En otras palabras, estas ideas tienden a independizar las telecomunicaciones no únicamente de tiempo y distancia, sino también de la ubicación de los usuarios. Se podría concebir una gran variedad de servicios de valor agregado que podrían ser ofrecidos por medio de sistemas PCS, tales como enlaces de datos para uso personal, opciones para seleccionar recepción de llamadas dependiendo del lugar donde se encuentre el usuario, servicios de localización, despertador, etcétera.

Las redes de comunicación personal tienen sus orígenes en el sistema telefónico tradicional y en los teléfonos inalámbricos (se estima que en los hogares de Estados Unidos existen cerca de 30 millones de unidades), los cuales están equipados con su propia estación base, y lo único que requieren para funcionar es la compatibilidad entre el equipo y la estación base. Estos equipos se conocen con el nombre de primera generación de equipos inalámbricos.

Los equipos pertenecientes a la segunda generación tienen acceso a una red pública a través de estaciones base radioeléctricas, y a estaciones base que a su vez están conectadas a conmutadores telefónicos privados. Tienen mayor privacía y seguridad que los equipos de la primera generación, porque usan protocolos más complejos.

Las redes de comunicación personal también capitalizaron las experiencias adquiridas a través de la telefonía celular referentes al aumento en la capacidad de manejo de usuarios de los sistemas tradicionales de radiotelefonía. Las soluciones propuestas para la telefonía celular permitieron aumentarla precisamente por medio de la partición de células y la reutilización de frecuencias. Sin embargo, al disminuir el tamaño de las células, principalmente en zonas urbanas con una alta densidad de población, creció también la necesidad de seleccionar con más cuidado las ubicaciones de las estaciones base correspondientes.

Pero a pesar de que difieren en muchos aspectos, tanto la telefonía celular como la inalámbrica tienen entre sus objetivos proveer a sus usuarios con accesos inalámbricos a la red pública de telefonía y a las redes de telecomunicaciones en general.

El objetivo del concepto de equipos de tercera generación de teléfonos inalámbricos portátiles consiste en establecer accesos unificados vía radio a redes que permitan disfrutar de la más variada gama de servicios de telecomunicaciones. Por su conducto se debe poder accesar a las redes desde puntos ubicados en zonas urbanas, rurales y dentro o fuera de edificios; deben asimismo funcionar adecuadamente, tanto estando inmóviles como en movimiento, independientemente de la velocidad de desplazamiento.

En lo referente a las tecnologías de transmisión; la primera generación de equipos inalámbricos y de teléfonos celulares está basada en transmisiones analógicas de las señales de voz, con modulación de frecuencia, con anchos de banda que varían entre 12.5 y 30 Khz.

Los PCS pueden ser caracterizados por lo siguiente: a) utilizan una red de radio basada en microcélulas, b) están basados en transmisiones digitales, c) utilizan una banda de alta frecuencia (típicamente en 1.8-2 Ghz), d) su mayor fortaleza no está en aplicaciones vehiculares, y e) son el primer paso hacia el objetivo de comunicación entre personas, más que entre equipos terminales.

El concepto de PCS puede ser detallado aún más, si se toman en consideración algunos servicios que en la actualidad se ofrecen por medio de los sistemas que han sido instalados y operados en plan piloto; esto se presenta en el siguiente cuadro.

Los servicios bidireccionales que han sido descritos tienen la característica común de que, a pesar de tratarse de comunicación por radio (es decir, usando transmisiones basadas en difusión de señales), los equipos terminales de los usuarios son direccionables. Es decir, únicamente responden cuando en la información que reciben identifican su propia "dirección electrónica".

La direccionabilidad, concepto fundamental tanto para servicios unidireccionales como para los bidireccionales, consiste en lo siguiente. Cada equipo receptor tiene grabado en su memoria un número de identificación único (es decir, no hay otro equipo que tenga el mismo número). Cuando se transmite una señal digital que contiene un mensaje, éste va precedido por el número de identificación del usuario a quien va destinado el mensaje. Todos los equipos dentro del área de cobertura reciben esta señal, extraen del mensaje el número de identificación y lo comparan con el número que tienen grabado en su memoria. Si ambos números coinciden, entonces el equipo receptor activa sus circuitos para poder recibir el mensaje completo; en caso contrario, hace caso omiso de lo que recibió y vuelve a su estado de espera, verificando las direcciones cada vez que detecta un mensaje.

Es este mismo principio el que utilizan los servicios de radiolocalización de personas (en realidad el nombre del servicio, aun que muy difundido, es erróneo, ya que no se localiza a una persona sino que únicamente se envía un mensaje que llega a dicha persona por medio de su equipo personal). La red en la que se basa este servicio es de radio, con coberturas locales (por ejemplo, ciudades), nacionales o incluso internacionales (en este caso puede aumentarse la cobertura por medio de transmisiones vía satélite). Su operación se muestra en la figura VI.6.

Una persona que desea enviar un mensaje a otra debe hacer llegar su mensaje a la central de despacho de mensajes, por ejemplo, vía la red telefónica. El mensaje puede ser oral, caso en el cual contesta una operadora en la central, quien a su vez transcribe el mensaje para enviarlo a la computadora de control y ésta al equipo de transmisión. Pero los usuarios que deseen transmitir muchos mensajes también pueden disponer de un enlace directo con la computadora de despacho, de manera tal que se evite la necesidad de pasar por una operadora.

Figura VI.6. Esquema para localización de personas.

El acceso puede ser por medio de la red telefónica, usando un par de modems; en este caso, los mensajes ya irían en forma digital, los recibe la central, identifica los destinatarios y realiza la transmisión. Los mensajes se transmiten al aire de manera serial, es decir, uno detrás de otro; el equipo central de despacho es el encargado de efectuar el control de las transmisiones. Cada mensaje que se pone en el aire debe contener, aparte del texto, la dirección (identificador) del destinatario. Esto último es lo que utilizan los receptores para identificar cuáles de los mensajes están destinados a cuáles usuarios. Las transmisiones, desde luego, no tienen que estar destinadas únicamente a un receptor, ya que el identificador que se agregue al mensaje transmitido puede referirse a toda una familia de receptores; esta modalidad del servicio podría ser de interés para empresas que desean enviar mensajes, por ejemplo, a todo su equipo de vendedores, sin tener que hacer los envíos de manera individual.

El crecimiento de estos servicios ha sido muy importante, principalmente desde que se hacen las transmisiones en forma digital: por ejemplo, aunque en Japón ya ha empezado a disminuir la tasa de crecimiento anual de suscriptores de telefonía celular, el número de suscriptores de radiolocalización de personas sigue creciendo a un ritmo anual de 15%; cada año aumenta este número en cerca de 130 000 usuarios. Esta tendencia puede conservarse, ya que se están ofreciendo, adicionalmente a la localización de personas y al envío de mensajes, servicios tales como actualización periódica de pronósticos del tiempo, de situaciones de tráfico y congestionamiento en avenidas principales de las grandes ciudades, resultados de operaciones en las bolsas de valores, etcétera.

Ha habido, además, importantes avances en los equipos receptores, ya que próximamente habrá en el mercado equipos de menos de 50 g, con dimensiones menores a las de una cajetilla de cigarros, con una memoria con capacidad de almacenamiento de unos 16 mensajes y despliegue alfanumérico. También se están ofreciendo receptores que tienen la forma y las características físicas de una pluma o de un reloj de pulsera.

Para concluir esta exposición sobre diferentes redes y servicios de telecomunicaciones modernos, se explicará a continuación el funcionamiento de un sistema que se ha introducido recientemente en el mercado en varios países, y que tiene un gran potencial por la enorme variedad de aplicaciones que puede tener: un sistema de localización, seguimiento y control de flotillas de vehículos (terrestres). En lo sucesivo, y debido a que este servicio no tiene un nombre comercial, se hará referencia a él como SLSC (sistema de localización, seguimiento y control).

El objetivo de un SLSC consiste en disponer en una estación central de supervisión y control la posición de cada uno de los vehículos que forman la flotilla para poder dar instrucciones a cada vehículo, para supervisar su operación, para detectar posibles robos o problemas de otro tipo, etc. (éstas son tan sólo algunas de las posibilidades). Cada una de estas posibles funciones puede ser de especial interés para, por ejemplo, flotillas de camiones repartidores, patrullas, ambulancias, bomberos, ajustadores de seguros o vehículos de servicio en general; como no hay límite en la cantidad de vehículos que pueden formar la flotilla, se puede pensar también sólo en supervisar y dar seguimiento a cualquier cantidad de automóviles, simplemente para facilitar su recuperación.

El SLSC tiene las siguientes componentes, mismas que se muestran en la figura VI.7: a) Una estación central de supervisión y control (llamada central de despacho) basada en una o dos computadoras personales, a la cual se tiene conectado un equipo de radiocomunicaciones. La función de esta estación consiste en "preguntar" vía radio a cada vehículo cuáles son las coordenadas del punto en que se encuentra. b) Un conjunto de unidades móviles que van instaladas en cada uno de los vehículos que serán supervisados; cada uno de ellos consiste en un módulo de radionavegación, un microcontrolador y el equipo de radiocomunicación necesario para establecer comunicaciones con la estación central. En el módulo de radionavegación se reciben señales precisamente de radionavegación (como las que usan los aviones o los barcos) y con base en ellas se calculan las coordenadas de la ubicación. Cuando la estación central las pregunta, la unidad móvil responde enviando estas coordenadas. c) Dependiendo de la cobertura que se desee tener puede ser necesario tener estaciones repetidoras de radio.

Figura VI.7. Operación de un sistema de SLSC.

El SLSC requiere para su funcionamiento de un canal de radio que puede ser de uso exdusivo para esta aplicación, o bien, puede ser parte de una red comercial como la celular. Este canal transportará información de la estación hacia los móviles y de los móviles hacia la central de manera ordenada. Dependiendo de la aplicación, deben ser instrumentados distintos protocolos de comunicaciones para que la información generada en las unidades móviles llegue adecuadamente a la estación central. Por ejemplo, si sólo se desea supervisar las rutas de, por ejemplo, 50 vehículos que forman la flotilla de camiones repartidores de alguna empresa, entonces la estación central (vía radio) enviará a cada móvil, de manera secuencial, una solicitud de envío de información. Las transmisiones son a manera de radiodifusión, por lo cual cada mensaje debe ir precedido por un identificador de la unidad que debe contestar. Una unidad móvil, al identificar su dirección, transmite su identificador y sus coordenadas. Al terminar de preguntar a una móvil, la estación central pasa a la siguiente, y así sucesivamente. El ciclo de actualizar la información de las 50 móviles puede requerir de 15 a 30 segundos (dependiendo de algunos factores en el diseño del sistema). Este protocolo entre la central y las móviles se llama (en inglés) polling ("levantar encuestas"). Si el sistema se diseña para otra aplicación, puede ser necesario cambiar el protocolo de comunicación. Por ejemplo, en un esquema en que se desea supervisar 100 000 vehículos para que no sean robados, está claro que "encuestar" a cada uno de ellos puede tomar minutos, o incluso horas, lo cual significa una enorme degradación en el desempeño (¿de qué me sirve saber dónde estuvo hace 4 horas mi coche robado?). En este caso debe ser instrumentado un protocolo de acceso múltiple en el cual, cuando un vehículo sea robado, sea éste quien inicie las transmisiones hacia la central de manera automática, al activarse, por ejemplo, botones o interruptores en las puertas. De esta forma sólo se estará supervisando a aquellas unidades ya robadas y que posiblemente puedan ser recuperadas si la estación central mantiene contacto con ellas mientras llega, por ejemplo, la policía.

Los ejemplos anteriores son pequeñas muestras del potencial que tienen las telecomunicaciones modernas. Cada día podrá ser observada con mayor claridad su influencia sobre la vida diaria de las personas y sobre la eficiencia de las empresas.

Autor:

Pablo Turmero