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