Telefonía Celular 4G

Introducción y objetivos

El presente trabajo tiene como objetivo establecer el estado del arte de las comunicaciones móviles de cuarta generación (4G).

Para comenzar, necesariamente se expone una breve mirada a la evolución de las tecnologías móviles hasta nuestros días (0G, 1G, 2G, y 3G).

A continuación, y como tema principal el trabajo se enfoca en los conceptos que definen 4G, sus requerimientos normativos, métodos de acceso, y la presentación de la arquitectura LTE (Long Term Evolution). Sólo se considera una mirada superficial a la tecnología WIMAX ya que esta es desarrollada en un nuevo trabajo del programa.

Por último, se plantea un pequeño desarrollo de los escenarios futuros de las comunicaciones móviles durante los próximos años (5G, 6G y 7G).

Los orígenes (0G)

Los orígenes de la telefonía móvil se remontan a los inicios de la Segunda Guerra Mundial, durante esos años, Motorola creó un equipo llamado Handie Talkie H12-16, que permitía el contacto con las tropas vía ondas de radio cuya banda de frecuencias en ese tiempo no superaban los 60 MHz.

Ya a principios de los 70"s en Estados Unidos, Martín Cooper, también de Motorola, fue el pionero en introducir el primer teléfono móvil, conocido como Dyna-Trac, en 1973, razón por la cual es considerado como "El padre de la telefonía celular". Pero no fue hasta 1979 cuando aparecieron los primeros sistemas comerciales en Tokio, Japón, por la compañía NTT (Nippon Telegraph and Telephone Corporation) [1]. Recién en 1982 la FCC de Estados Unidos aprobó el lanzamiento del primer sistema móvil comercial por parte de la empresa Ameritech.

Para separar una etapa de la otra, la telefonía celular se ha caracterizado por contar con diferentes generaciones. A continuación, se describe cada una de ellas.

2.1 Primera Generación (1G)

La Primera Generación de comunicaciones móviles esta basada en FDMA (Frequency Division Multiple Access) y se caracteriza por se analógica y estrictamente para voz. La tecnología predominante de esta generación es AMPS (Advanced Mobile Phone System) usada principalmente en los Estados Unidos [1].

Algunos otros estándares de primera generación fueron el NMT (Nordic Mobile Telephone), usado inicialmente en los países Nórdicos, Holanda, Europa del Este y Rusia; TACS (Total Access Communications System) en el Reino Unido; C-450 en Alemania Oriental, Portugal y el Sur de África; Radiocom 2000 en Francia y RTMI en Italia. En Japón se implementaron múltiples sistemas, principalmente tres estándares, TZ-801, TZ-802, TZ-803, desarrollados por NTT [2].

2.2 Segunda Generación (2G)

Se conoce como 2G a la segunda generación de sistemas de comunicación móvil. 2G no es un estándar o un protocolo en si mismo, sino más bien una forma de marcar el cambio de la comunicación móvil analógica a digital con la incorporación de TDMA (Time Division Múltiple Access) [3]. 2G arribó alrededor de 1990 y su desarrollo derivó de la necesidad de poder manejar un mayor número de llamadas en prácticamente los mismos espectros de frecuencia.

Las tecnologías predominantes son: GSM (Global System por Mobile Communications), IS-136 (conocido también como TIA/EIA136 o ANSI-136), CDMA (Code Division Multiple Access) y PDC (Personal Digital Communications), éste último utilizado en Japón. En Estados Unidos y otros países a 2G se la conoce también como PCS (Personal Communication Services).

2G, a fin de satisfacer un mayor requerimiento en las tasas de transmisión de datos, evolucionó a partir de 3 actualizaciones de TDMA: High Speed Circuit Switched Data (HSCSD), General Packet Radio Service (GPRS) y Enhanced Data Rate for GSM Evolution (EDGE), estos últimos categorizados comercialmente como 2.5 y 2.75G respectivamente y que se caracterizan por incorporar nodos de conmutación de paquetes (Packet Switch, PS) a los ya existentes nodos de conmutación de circuitos (Circuit Switch, CS) [4], la razón es que se trata de tipos de tráfico absolutamente distintos. Por un lado en Circuit Switch se deben garantizar los recursos de ancho de banda, mientras que en Packet Switch la red utiliza realiza lo que se conoce como "best effort" para asignar el ancho de banda.

2.3 Tercera Generación (3G)

Los sistemas de comunicaciones móviles 3G se caracterizan por la convergencia de voz y datos con acceso a Internet; en otras palabras, es apta para aplicaciones multimedia y altas tasas de transmisión de datos [5].

Los sistemas de este estándar son básicamente una mejora lineal de los sistemas 2G y al igual que sus evoluciones intermedias, está basado en una infraestructura de backbone paralela, consistente por un lado en nodos de conmutación de circuitos y por otro lado en nodos de conmutación de paquetes (Circuit-Switched and Packet-Switched Domains) [4].

La International Telecommunication Union (ITU) definió las demandas de las redes 3G bajo el estándar IMT-2000. Este sistema se desarrollo principalmente bajo las tecnologías UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) usando WCDMA como sucesora 3G de GSM [7].

Cuarta Generación (4G)

3.1 Introducción

4G son las siglas de la cuarta generación de los sistemas de comunicación móvil y está basada totalmente en IP, siendo considerada un sistema de sistemas y una red de redes. 4G se utiliza en un sentido amplio para definir varios tipos de acceso móvil de banda ancha, no sólo sistemas de telefonía celular, tanto Indoor como outdoor, con alta calidad de servicio (QoS) y óptima seguridad [4][6], permitiendo la oferta de servicios de cualquier clase en cualquier momento y en cualquier lugar, con el mínimo costo posible.

Tabla 1. Tabla comparativa, 1G a 4G [8]

Estas redes de nueva generación necesitarán desarrollar servicios para todos los tipos de terminales, los cuales se moverán entre redes fijas (Fibra Óptica, DSL, Cable) y distintas tecnologías de acceso móvil (basadas en 3GPP, 3GPP2 e IEEE).

3.2 Requisitos para 4G 

Los estándares para 4G deben cumplir los siguientes requisitos [6]

3.2.1 Acceso de banda ancha móvil y eficiencia de ancho de banda

4G esta principalmente centrado en el tráfico de datos. Esto se deduce de la tendencia e incremento de este tipo de tráfico en comparación al tráfico de voz durante la evolución de las distintas generaciones de las comunicaciones móviles antes vistas. 

3.2.2 Alta capacidad de red

El estándar 4G requiere una alta capacidad de red conseguida a través del uso eficiente de múltiples técnicas de acceso, unido a avanzados sistemas de antenas conocidas como Smart or Intelligent Antennas.

3.2.3 Conectividad y roaming a través de redes heterogéneas

Para sostener la idea de ubicuidad, el estándar 4G debe proveer los medios para proporcionar conectividad y handover a través de redes heterogéneas, es decir redes de diferentes tamaños y funcionalidades. Los handover verticales y horizontales son críticos a fin de permitir una adecuada transición a 4G con el objeto de garantizar su adecuada masificación y viabilidad comercial.

3.2.4 Alta calidad de servicio

Permitiendo un adecuado soporte para las aplicaciones multimedia (audio en tiempo real, datos de alta velocidad, HDTV, televisión móvil, etc.).

3.3 Desarrollo y estado de las normas

A fin de habilitar la Internet móvil, la ITU lanzó la iniciativa IMT-Advanced con el propósito que las organizaciones de normalización realizaran propuestas de comunicación en materia de tecnologías 4G. Las propuestas recibidas están basadas principalmente en dos tecnologías: WIMAX, referida a la familia de normas IEEE 802.16, y Long-Term Evolution (LTE), desarrollado por la 3GPP [9].

La siguiente figura muestra la evolución de las normas WIMAX y LTE. 

Figura 1. Desarrollo y evolución de las normas LTE y WIMAX [9]

3.3.1 WIMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access)

IEEE desarrolló los estándares IEEE 802.16, que comprenden en particular IEEE 802.16-2004, la primera norma WIMAX importante para acceso fijo. Luego, esta fue sustituida por la norma IEEE 802.16e-2005, conocida como WIMAX móvil, la cual contenía disposiciones de acceso fijo y móvil. En octubre de 2009, el grupo de trabajo IEEE 802.16 presentó su propuesta basada en la norma en IEEE 802.16m, que mejora la IEEE 802.16e-2005 para satisfacer los requerimientos del IMT-Advanced.

El WIMAX Forum, que cuenta con más de 300 empresas asociadas de la industria de la informática y las telecomunicaciones, certifica la interoperabilidad de productos WIMAX de diversos proveedores y ha trabaja para asegurar y garantizar el espectro de frecuencia necesario para su implementación. 

3.3.2 LTE (Long Term Evolution)

La norma LTE fue desarrollada por 3GPP a partir de HSPA (High Speed Packet Access). El desarrollo de la norma LTE comenzó en 2005 y dio lugar a las especificaciones para el Evolved Packet Core (EPC) y una nueva forma de acceso de radio denominada Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (eUTRAN) [10]. Todo esto se conoce oficialmente como "3GPP Release 8".

LTE Versión 8 casi logra la plena conformidad con los requisitos de IMT-Advanced, por lo que algunos la han denominado 3.9G. En septiembre de 2009, 3GPP presentó su propuesta LTE-Advanced para IMT-Advanced, oficialmente llamado "3GPP Release 10".

En diciembre de 2009, el operador de telecomunicaciones sueco TelioSonera lanzó el primer despliegue comercial de LTE en Estocolmo, Suecia y Oslo. La red de Estocolmo fue suministrada por Ericsson, mientras que la red de Oslo fue suministrada por Huawei. Los módems fueron suministrados por Samsung.

3.4 Especificaciones técnicas

Tanto LTE y WIMAX hacen uso de la técnica de acceso OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) en el downlink, pero no así en el uplink. 

La siguiente tabla muestra las especificaciones técnicas para LTE y WIMAX.

Tabla 2. Especificaciones técnicas para LTE y WIMAX [9]

3.4.1 Downlink

Si bien OFDMA es considerada ineficiente en términos de potencia, es utilizado en downlink debido a que el amplificador de potencia se coloca en la estación base (o en el eNodeB en la terminología 3GPP) en donde la potencia está asegurada, y los terminales móviles comparten con ella muchas de sus la complejidades adicionales. Sin embargo, en el uplink, en inicio de transmisiones se realizan desde los dispositivos móviles, los cuales sólo funcionan con baterías [9].

Un aumento de la capacidad en las redes OFDMA puede lograrse mediante el uso de múltiples antenas, tanto en el emisor como en el receptor. Las antenas MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) por ejemplo, aprovechan las características multipath en la propagación de ondas UHF para incrementar la tasa de transmisión y reducir la tasa de error. En breves palabras MIMO aumenta la eficiencia espectral de un sistema de comunicación móvil por medio de la utilización del dominio espacial.

3.4.2 Uplink

WIMAX continúa utilizando OFDMA, pero las especificaciones 3GPP para LTE proponen una reducción del parámetro PAPR (Peak to Average Power Ratio) para la señal uplink. Este modelo de transmisión usado por LTE para uplink es una versión no codificada de OFDMA llamado SC-FDMA (Single Carrier – Frecuency Division Multiple Access), el cual facilita al terminal móvil mantener una transmisión de señal de alta eficiencia utilizando su propio amplificador de potencia. El uplink LTE logra esta propiedad y ahorra energía sin degradar la flexibilidad del sistema o su rendimiento. Un bajo valor de PAPR da como resultado una mejor cobertura y mejores rendimientos en las celdas extremas.

Figura 2. Esquemas de acceso para LTE [11]

3.4.3 Técnicas de acceso

3.4.3.1 OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access) [11][12]

OFDMA es una técnica de multiplexación que consiste en transmitir un conjunto de distintas frecuencias portadoras, donde cada una transporta información modulada digitalmente. Los canales de banda estrecha de OFDMA son ortogonales entre sí, lo que evita el uso de bandas de guarda, proporcionando un uso eficiente del espectro. La multiplexación de portadoras OFDMA es muy robusta frente al multipath, siendo capaz de recuperar la información de entre las distintas señales que llegan con distintos retardos y amplitudes que llegan al receptor.

OFDMA soporta diferentes bandas de frecuencias portadoras (1,4 a 20 MHz) tanto en en FDD (Frecuency Division Duplex), como en TDD (Time División Duplex) proveyendo gran flexibilidad a los operadores para el uso de sus actuales y futuros espectros de frecuencia.

En OFDM se transmiten "M" símbolos en paralelo, repartiendo el ancho de banda entre ellos y en donde cada símbolo tiene una duración igual al tiempo de símbolo.

3.4.3.2 SC-FDMA (Single-Carrier FDMA) [11][12]

Como ya vimos anteriormente, en uplink, 3GPP utiliza SC-FDMA como técnica de acceso múltiple, tanto para FDD como TDD. La forma básica de SC-FDMA puede ser vista con similitud a la modulación QAM, donde cada símbolo es enviado uno a la vez, de manera similar a TDMA.

En SC-FDMA se transmiten "M" símbolos secuencialmente, cada uno ocupando todo el ancho de banda disponible y con una duración igual a una parte del tiempo de símbolo.

Figura 3. OFDMA y SC-FDMA [11]

3.5 Arquitectura de red LTE

Cuando la evolución de la interfaz de radio para 4G comenzó, pronto quedó claro que la arquitectura del sistema también debía ser desarrollada.

Figura 4. Arquitectura general 2G, 3G, 4G (LTE) [10]

En el plano de usuario (User Plane, UP) del Evolved Packet System (EPS) sólo hay dos tipos de nodos (Estaciones Base y Gateways), mientras que en las actuales jerarquías de red existen cuatro tipos (Nodo B, RNC, SGSN, GGSN).

El Gateway consiste en dos entidades User Plane lógicas: El Serving Gateway (S-GW) y el Packet Data Network Gateway (PDN-GW), llamados en su conjunto el SAE-GW. Esta arquitectura plana, con menos nodos involucrados, ayuda a reducir latencias y mejorar los rendimientos.

Otra simplificación es la separación del Control Plane, con un elemento de red de gestión de movilidad independiente. Esta nueva arquitectura ha sido denominada System Architecture Evolution (SAE).

Los conceptos y la arquitectura LTE/SAE han sido diseñados para soportar eficientemente la utilización masiva de cualquier servicio basado en IP. La arquitectura esta basada en una evolución de la actual red CORE GSM/WCDMA, con operaciones simplificadas y una implementación fluida y eficiente en costos.

 Por otra parte, ya se iniciaron los trabajos entre el 3GPP y 3GPP2 (el organismo de normalización CDMA) para optimizar el trabajo entre CDMA y LTE/SAE. Esto significa que los operadores CDMA podrán evolucionar sus redes a LTE/SAE y disfrutar de las economías de escala y volúmenes globales que han sido tan beneficiosas para GSM y WCDMA.

3.5.1 Arquitectura básica del sistema [13][14]

Figura 5. Arquitectura de red LTE [14]

3.5.1.1 User Equipment (UE)

UE es el dispositivo que el usuario final utiliza para comunicarse. Normalmente se trata de un dispositivo de mano como un teléfono inteligente o una tarjeta de datos, como las utilizadas actualmente en 2G y 3G.

Un equipo LTE utiliza también una tarjeta USIM (Universal Subscriber Identity Module). La USIM es una aplicación guardada una tarjeta inteligente (Smart Card) extraíble llamada Universal Integrate Circuit Card (UICC), y es usada para identificar y autentificar al usuario, y para deducir las claves de seguridad y proteger la transmisión de la interfaz de radio.

3.5.1.2 eUTRAN Node B (eNodeB)

El único nodo en eUTRAN es el eUTRAN Nodo-B (eNodeB). Se trata de la estación base que está en control de todas las funciones de radio relacionadas a la parte fija del sistema. Un hecho destacable es que la mayoría de los protocolos implementados hoy en día para el Radio Network Controller (RNC) se trasladan al eNodeB. 

El eNodeB también es responsable de compresión de cabecera, cifrado y la entrega confiable de paquetes. En el User Plane, funciones tales como la admisión, control y gestión de los recursos de radio también se han incorporado en el eNodeB. Como beneficios de esta fusión se logra una menor latencia, debido a que existen menos saltos en la ruta de comunicación, y una distribución de la carga de procesamiento del RNC.

3.5.1.3 Mobility Management Entity (MME)

El MME es la entidad encargada de la gestión de movilidad de los usuarios, y sólo implica señalización, por lo tanto los paquetes IP del usuario no pasan por él. Por otro lado, el MME también realiza la autenticación y autorización, el seguimiento del usuario en modo Idle, de la seguridad de las negociaciones, y de la señalización del Network Arquitecture Specific (NAS). Una ventaja de un elemento de red independiente para la señalización es que los operadores puedan crecer independientemente en sus capacidades de tráfico y señalización.

3.5.1.4 Serving Gateways (S-GW)

El S-GW es la parte de la infraestructura de red que se mantiene en los centros de operación. En la configuración de la arquitectura básica del sistema, la función de más alto nivel del S-GW es la gestión de canalización y conmutación del User Plane. 

El S-GW tiene un papel muy secundario en las funciones de control. Es responsable de sus propios recursos, y los asigna sobre la base de las solicitudes de las demás entidades de la red, tales como el MME, el PDN-GW, o el PCRF, que a su vez actúan según la necesidad de establecer, modificar o liberar las portadoras para el UE. 

Si la solicitud fue recibida por el PDN-GW o el PCRF, el S-GW retransmitirá el comando hacia el MME de manera que este pueda controlar el canal para el eNodeB. Del mismo modo, cuando el MME inicia una solicitud, el S-GW señaliza hacia el PDN-GW o hacia el PCRF. 

Durante el handover entre eNodeBs, el S-GW actúa como soporte local de movilidad. El MME comanda al S-GW cambiar el canal desde una eNodeB a otra. El MME también puede solicitar el S-GW proporcionar recursos para la transmisión cuando es necesario enviar datos del eNodeB origen al eNodeB destino mientras el UE realiza el handover.

Los escenarios de movilidad también incluyen el paso de un S-GW a otro, controlado por el MME, quien remueve los canales en el S-GW origen para crearlos en el nuevo S-GW destino.

Para todos los flujos de datos que pertenecen a una UE que esta en modo conectado, el S-GW retransmite los datos entre el eNodeB y el PDN-GW. Sin embargo, cuando un UE está en modo Idle, los recursos en el eNodeB son liberados, y la ruta de datos finaliza en el S-GW. 

Si el SGW recibe paquetes de datos del PDN-GW, en cualquier canal, este almacenará los paquetes y solicitará al MME iniciar el proceso de paging al UE. El paging hará que la UE reconecte y que los paquetes sean enviados. El S-GW realizará monitoreo de los datos en los canales y podrá recolectar también los datos necesarios para la contabilidad y cargos al usuario.

3.5.1.5 PDN Gateway (PDN-GW)

El Packet Data Network Gateway (PDN-GW) corresponde al router edge entre la EPS y las redes de datos externas.

Corresponde al más alto nivel de movilidad del sistema y por lo general actúa como punto de conexión IP de la UE. Realiza la entrega de tráfico y realiza funciones de filtrado según lo requiera el servicio prestado. Al igual que el S-GW, los PDN-GWs se encuentran ubicados y manejados en el centro de operaciones.

 Normalmente, el PDN-GW asigna la dirección IP al UE, quien la utiliza para comunicarse con otros host IP en redes externas, por ejemplo, Internet. 

También es posible que PDNs externos a los que el UE está conectado asignen la dirección que será utilizada por el UE, y el PDN-GW canalizará todo el tráfico de esa red. La dirección IP es asignada cuando el UE requiere una conexión al PDN, lo cual sucede al menos cuando el UE se conecta a la red y sucederá posteriormente, cada vez que se requiera una nueva conexión. 

El PDN-GW lleva a cabo la necesaria funcionalidad DHCP (Dinamic Host Configuration Protocol), o en su defecto, requerirá un servidor DHCP externo para asignar direcciones IP al UE. Sólo direcciones IPv4 e IPv6, o ambos tipos de direcciones podrán ser asignadas según sea necesario. El UE puede indicar si desea recibir la dirección(es) en la señalización de Atach, o si desea llevar a cabo la configuración de direcciones después que la capa de enlace ya esté conectada.

El PDN-GW realiza también funciones de liberación y filtro según se defina en las políticas establecidas para el UE y el servicio en cuestión, además recoge y reporta los informes relacionados a los cargos del usuario.

El tráfico User Plane entre el PDN-GW y las redes externas se realiza en forma de paquetes que pertenecen a distintos servicios IP. Si la interfaz a través del S-GW se basa en canalización, el PDN-GW realiza la asignación a los flujos de datos IP a canalizar, representados por las RAB (Radio Access Bearers). El PDN-GW establece portadoras a petición, ya sea a través del PCRF o del S-GW, el cual retransmite información del MME.

En último caso, el PDN-GW puede necesitar interactuar con el PCRF para recibir la información adecuada sobre las políticas de control, si estas no estuvieran configuras localmente en PDN-GW. El PDN-GW como ya se dijo también posee una funcionalidad para el control del flujo de datos para efectos de contabilidad.

Cada PDN-GW puede ser conectado a uno o más PCRFs, S-GWs y redes eternas. Para un UE que ya que esta asociado a un PDN-GW, hay solo un S-GW, pero si la conectividad a múltiples PDNs es soportada a través de un PDN-GW, serán necesarias conexiones a diversas redes externas y distintas PRCF respectivamente.

3.5.1.6 Policy and Charging Resource Function (PCRF)

El PCRF es el elemento de red responsable de la política y control de cargos (Policy and Charging Control, PCC). Toma decisiones sobre la forma de manejar los servicios en términos de QoS, y proporciona información al PDN-GW, y si aplica, también al S-GW, de modo de establecer las políticas y portadoras adecuadas. El PCRF es un servidor usualmente ubicado junto a los demás nodos CORE de la red en los centros de operación.

3.5.1.7 Home Subscription Server (HSS)

El HSS es el registro de datos de suscripción de todos los usuarios de datos. También registra la ubicación del usuario a nivel de MME. Es una base de datos que almacena la copia maestra del perfil de usuario y que contiene información sobre los servicios que le son aplicables, incluyendo información acerca de las conexiones de datos permitidas, y si un usuario de roaming es autorizado o no.

3.5.2 Soporte QoS IP

Un aspecto importante para cualquier red de datos es un mecanismo para garantizar la diferenciación de los flujos de paquetes en función de los requerimientos de QoS. Las aplicaciones como video streaming, HTTP, o videollamada tienen necesidades especiales de QoS, y debe recibir servicio diferenciado en la red.

Con EPS, los flujos de QoS (también llamados portadoras EPS) se establecen entre el usuario y el PDN-GW. Cada portador EPS se asocia con un perfil de QoS, compuesto por una portadora de radio y un canal de movilidad, permitiendo de esta forma a la red dar prioridad a los paquetes según les corresponda.

El procedimiento de QoS para los paquetes que llegan desde Internet es como sigue:

Figura 6. Procedimiento QoS IP [14]

Cuando se recibe un paquete IP, el PDN-GW realiza la clasificación de los paquetes basados en los parámetros recibidos, y lo envía a través de un adecuado canal de movilidad. Basado en el canal de movilidad, el eNodeB puede asignar los paquetes a una adecuada QoS en la portadora de radio.

El Futuro: 5G, 6G y 7G [15]

4.1 Quinta Generación (5G)

La quinta generación de redes móviles (5G) será el verdadero mundo de Internet móvil, el cual estará soportado por LAS-CDMA, OFDMA, MC-CDMA, UWB, Network-LMDS e IPv6.

4.2 Sexta Generación (6G)

La sexta generación integrará sistemas de comunicación satelital, con 5G dando cobertura global. Estas redes satelitales están compuestas por redes de navegación (utilizadas para determinar la posición global), por redes de telecomunicaciones (usadas para brindar telefonía satelital, video multimedia, y conectividad a Internet) y redes de imagen (usadas para el monitoreo de recursos naturales e información climática).

En la actualidad, cinco países poseen o han anunciado desarrollo de sistemas de navegación por satélite mundiales (GNSS). En la práctica EE.UU. lleva desplegado desde hace ya muchos años el Global Positioning System (GPS), el cual ya se encuentra liberado al uso civil. En Europa existe Galileo, en China COMPASS y en Rusia GLONASS, pero sólo enfocado para usos militares. Si 6G integra 5G con estas 4 redes satelitales, 6G podría llegar a tener cuatro estándares distintos, en otras palabras, existirían 4 tecnologías, redes y sistemas en 6G.

Gráfico 1. Despliegue de las distintas generaciones móviles [15]

4.3 Séptima Generación (7G)

A partir de 6G, el handover y roaming en estas nuevas redes debería ocurrir en el espacio, lo cual impulsaría la nueva generación de comunicaciones móviles (7G). En comparación con los satélites, las estaciones base son mucho más baratas y estables. Los satélites son muy caros y deben moverse para poder cubrir zonas de mayor cobertura. Estos satélites se mueven constantemente en velocidades de unos 7.000 Kmh, lo que implica dos órbitas completas en menos de 24 horas, que es el escenario dende el handover y el roaming deberá ocurrir.

Conclusiones

En este trabajo se ha realizado una compacta revisión de la evolución de las distintas generaciones de la comunicación móvil, pasadas y futuras, centrando como objetivo principal, la revisión y desarrollo del estado del arte de la cuarta generación de las comunicaciones móviles (4G).

Se han establecido los principios que definen 4G, y se han planteado las distintas propuestas para su implementación basada en 3GPP e IEEE. Se ha desarrollado LTE como tema principal debido a que WIMAX será estudiado en un trabajo distinto.

La introducción de LTE/SAE, cuyo propósito inicial fue expandir las redes 3G/3.5G ya no es sólo un proceso de upgrade de red, sino que será necesaria la implementación de un nuevo acceso de red a través de la infraestructura ya existente a fin de explotar las máximas capacidades de las redes completamente basadas en IP.

Referencias

[1] "Evolución de la Tecnología Celular", Evelio Martínez, Revista NET, Julio, 2001.

[2] "Telefonía Móvil 1G", http://es.wikipedia.org

[3] "Telefonía Móvil 2G", http://es.wikipedia.org

[4] "4G as a Next Generation Wireless Network", A. H. Khan, M. A. Qadeer, J. A. Ansari and S. Waheed, International Conference on Future Computer and Communication, 2009.

[5] "Telefonía Móvil 3G", http://es.wikipedia.org

[6] "Fourth Generation of Mobile Communication Systems: Evolution, Objectives, Prospects and Challenges", S. Kumar, First Asian Himalayas Conference on Internet, November, 2009.

[7] "Telefonía Móvil 4G", http://es.wikipedia.org

[8] "2G-5G Networks: Evolution of Technologies, Standars, and Deployment", S. Akhtar, College of Information Technology, UAE University, 2008.

[9] "WIMAX vs LTE. Who Will Lead the Bradband Mobile Internet?", Z. Abichar, M. Chang y C. Hsu, IEEE Mobile Computing, Mayo-Junio, 2010.

[10] "LTE Part I:Core Network" K. Bogineri, R. Ludwig, P.Mogensen, V. Nandlall, V. Vucetic, B. K. Yi and Z. Zvonar, IEEE Communication Magazine, February 2009.

[11] "LTE for UMTS: OFDMA and SC-FDMA Based Radio Access" H. Holma and A. Toskala, Jhon Whisley & Sons, 2009.

[12] "Single-carrier FDMA (SC-FDMA)", http://en.wikipedia.org

[13] "The Challenge of Implementation of Long Term Evolution/System Architecture Evolution (LTE/SAE)", A. Skopljak and S. Pivac, BH Telecom, Boznia y Herzegovina, 2009.

[14] "Long-Term Evolution network Architecture" R. Nossenson, 2009.

[15] "The Future of Mobile Wirelles Communication Networks", X li, A Gani, R Slleh and O. Zakaria, International Conference con Communication Software and Networks, 2009.

Anexos

7.1 ITU, International Telecommunication Union (www.itu.int)

La Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) es el organismo especializado de la Organización de las Naciones Unidas encargado de regular las telecomunicaciones a nivel internacional entre las distintas administraciones y empresas operadoras.

El día 3 de septiembre de 1932, se inició en Madrid la reunión conjunta de la XIII Conferencia de la Unión Telegráfica Internacional (UTI), y la III de la Unión Radiotelegráfica Internacional (URI), y el día 9 de diciembre del mismo año, en virtud de los acuerdos alcanzados en dicha reunión, se firmó el convenio por el que se creaba la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU) y que en el futuro sustituiría a los dos organismos anteriores. El nuevo nombre comenzó a utilizarse a partir de enero de 1934.

7.2 WWRF, Wireless World Research Forum (www.wireless-world-research.org)

El WWRF es una organización internacional de telecomunicaciones fundada en agosto de 2001. El objetivo de la WWRF es la formulación de visiones estratégicas sobre la orientación de las investigaciones futuras en el ámbito móvil entre la industria y la academia, y para generar, identificar y promover las áreas de investigación y las tendencias técnicas de estas tecnologías. El WWRF contribuye al trabajo interno de otros órganos competentes en relación con las cuestiones comerciales y de normalización.

7.3 IEEE, Institute of Electrical an Electronic Engineer (www.ieee.org)

Es una asociación técnico-profesional mundial dedicada a la estandarización, entre otras cosas. Es la mayor asociación internacional sin fines de lucro formada por profesionales de las nuevas tecnologías como ingenieros eléctricos,  electrónicos, en informática, en biomedicina, en telecomunicaciones y robótica.

Su creación se remonta al año 1884, contando entre sus fundadores a personalidades de la talla de Thomas Alva Edison, Alexander Graham Bell y Franklin Leonard Pope. En 1963 adoptó el nombre de IEEE al fusionarse asociaciones como el AIEE (American Institute of Electrical Engineers) y el IRE (Institute of Radio Engineers).

7.4 3GPP, 3rd Generation Partnership Project (www.3gpp.org)

Es un acuerdo de colaboración en tecnología de telefonía móvil, que fue establecido en diciembre de 1998. Esta cooperación es realizada entre entidades normativas de Europa (ETSI), Japón (ARIB/TTC), China (CCSA), EEUU (ATIS) y Corea del Sur (TTA). El objetivo del 3GPP es hacer global aplicaciones de tercera generación (3G) con especificaciones de sistemas ITU IMT-2000. Los sistemas 3GPP están basados en la evolución de los sistemas GSM, conocidos como sistemas UMTS, y LTE para 4G.

7.5 3GPP2, 3rd Generation Partnership Project 2 (www.3gpp2.org)

Es un acuerdo de colaboración en tecnología de telefonía móvil, que fue establecido en diciembre de 1998. Esta cooperación es realizada entre entidades normativas de Japón (ARIB/TTC), China (CCSA), EEUU (ATIS) y Corea del Sur (TTA). Es un acuerdo de colaboración entre las asociaciones de las telecomunicaciones para hacer global aplicaciones de tercera generación (3G) con especificaciones ITU IMT-2000. En la práctica, 3GPP2 es el grupo de normalización para CDMA2000, las normas 3G basadas en CDMA 2G y UMB para 4G.

7.6 WIMAX Forum (www.wimaxforum.com)

El WIMAX Forum es una organización sin fines de lucro constituida para fomentar la adopción de los productos y servicios WIMAX compatibles. Un papel importante para la organización es certificar la interoperabilidad de los productos WIMAX. Otra función del WIMAX Forum es promover la difusión del conocimiento sobre WIMAX. 

Autor:

Carlos Manosalva Uhart

Santiago – 2010