Las tecnologías radio. ¿Demasiadas soluciones? Una guía para emergencias. José Jiménez Tecnologías Descubra en este ameno e interesante artículo las distintas posibilidades que ofrecen las tecnologías basadas en cable y las inalámbricas. Descargar archivo de audio (21:20 min / 4,88 Mb) ¿Radio o cable? La primera pregunta que nos hacemos cuando compramos el ordenador y queremos conectarnos a Internet es: ¿cómo puedo conectarme a la red, preferiblemente sin usar un nuevo cable?. Normalmente, la respuesta es un terminal WiFi; pero, ¿por qué no puedo usar mi nuevo teléfono celular GSM o 3G, o ese enlace Bluetooth, o incluso el IEEE 1394 que dice el manual que tiene mi nuevo portátil?. ¿Cuándo llegará el WiMax que, dicen, resolverá todos nuestros problemas?. Hay más preguntas relacionadas con la radio: ¿no podría utilizar el GSM para pagar en la autopista?, ¿el GPS y los satélites pueden ser la solución?. En esta guía de emergencia trataremos de dar algunas respuestas. Además, intentamos mirar un poco más allá y ver que nos puede traer el futuro. La radio, muchas ventajas pero también problemas El cable que queremos poner desde el dormitorio hasta el salón donde está el teléfono sólo sirve para una cosa: para guiar las ondas electromagnéticas (aquí se incluye una explicación más detallada de cómo se descubrieron y para qué sirven ). De hecho, si supiéramos guiar de otra manera la energía electromagnética, no harían falta cables y podríamos prescindir, para siempre, de las baterías, enchufes y cargadores. Los recientes experimentos del MIT en los que se logró encender una bombilla de 60W a dos metros de distancia, son una muestra de los tímidos avances en ese terreno. Y es que guiar la energía electromagnética, sin utilizar cables conductores de electricidad, no es nada fácil. Se presentan un montón de problemas: la energía se dispersa, rebota en los obstáculos, llega a donde no queremos...además, la señal y la información que contiene se distorsiona, especialmente si enviamos mucha cantidad. Por otra parte, como no somos capaces de guiarla correctamente, llega donde no queremos y todos pueden verla, a veces interfiriendo a otras señales. Por eso, cuando se utiliza la radio hay que pensar la forma de resolver tres tipos de problemas: la atenuación de la señal, su distorsión y la forma de compartir el espectro. Desgraciadamente, estos tres problemas están muy relacionados entre sí y, peor aún, aunque los modelos matemáticos que se utilizan para estudiarlos son muy antiguos y conocidos, no puede decirse que sean sencillos ni fáciles de utilizar salvo en casos muy raros. La atenuación y la distorsión El primer problema es la atenuación. La energía de la las transmisiones radio decrece con la distancia. Las aproximaciones más sencillas predicen que lo hace con el cuadrado de la distancia pero, en la práctica, es frecuente que sea con la tercera o la cuarta potencia. También decrece con el cuadrado de la frecuencia. Por eso es difícil llegar muy lejos con la radio, sobre todo en altas frecuencias. Para aumentar la cobertura, se utilizan, frecuentemente, redes de estaciones de base; enlazadas unas con otras. Naturalmente, cuanto mayor sea el alcance de cada estación, menos estaciones habrá que colocar. El segundo problema es la distorsión. Cuando se quiere transmitir una gran cantidad de información (más de tres o cuatro conversaciones a la vez) a cierta distancia no basta con aumentar la potencia para poder llegar a donde se desea. La señal se distorsiona, es decir, se atenúa de forma diferente en unas partes o en otras. Hay que emplear técnicas especiales que permitan recuperarla que son complejas y tienen un coste en energía. Finalmente, el tercer problema son las interferencias y la manera de compartir la señal. En este caso, también hay varias soluciones más o menos eficientes y complejas. Por eso, los sistemas de comunicación radio tienen tres limitaciones: el alcance, el ancho de banda o cantidad de información que se va a transmitir y el número de usuarios. Por supuesto, aumentado la complejidad y por tanto el coste y el consumo de baterías se puede actuar en todos ellos; pero, normalmente, se mejora uno a costa de los otros. Por eso hay muchos sistemas, cada uno especializado en un aspecto. Muchas soluciones. Una guía para emergencias Aunque la radio se utiliza desde hace más de 100 años para transmitir información (radiodifusión, comunicaciones militares, TV,...) es sólo a partir del desarrollo de la microelectrónica cuando se dispone de un sistema relativamente fiable y económico de controlar, en parte, las ondas electromagnéticas. Los receptores y transmisores que se usan en la radio y la TV convencional, aunque pueden llegar muy lejos, no pueden fabricarse en gran escala de forma fiable y económica, además de utilizar bandas de frecuencias muy bajas en las que cabe muy poca información. Por eso, esta guía considerará sólo las soluciones modernas Desgraciadamente, lo que sigue está lleno de siglas. Suelen ser acrónimos en ingles, pero no siempre su traducción tiene sentido, porque el nombre suele estar forzado y ajustado, muchas veces por razones históricas. Lo importante es conocer la utilidad. El significado, si queremos conocerlo, puede verse en el anexo. Las comunicaciones móviles. El GSM y su evolución, el 3G El responsable del éxito de las comunicaciones móviles y su extraordinaria extensión es el sistema GSM. Se inventó en los años 80, sobre todo, para transmitir voz. Utiliza modulación digital, lo que lo hace barato y fiable. Emplea, sobre todo, las bandas de 900 y 1800 MHz, que se atenúan relativamente poco, lo que permite llegar a algunos kilómetros de distancia. Sobre todo, la gran ventaja del GSM es que fue el resultado de un acuerdo de las operadoras de telecomunicación europeas que crearon un estándar común. Esto permitió lograr un sistema que tenía un gran mercado, con lo que produjeron muchos teléfonos móviles muy baratos y fiables. Este estándar llegó a desplazar a una solución americana (el sistema AMPS) más cara y compleja. Aunque GSM es un sistema digital, es decir, transmite sólo 1 y 0's, está optimizado para voz. Por eso se pensó en un añadido para transmitir datos: GPRS. GSM y GPRS llegan a casi todos los sitios, incluso a barcos y aviones , pero desgraciadamente a poca velocidad (máximo 80 kb/s de base a móvil y 20 en móvil a base, lo que solo sirve para transmitir el correo electrónico y chatear). Por eso, se diseño una versión de GSM denominada EDGE, que permite llegar a unos 200 kb/s en algunos casos. Sin embargo, muchos operadores europeos no llegaron a implantar EDGE, pasando directamente al sistema 3G. Como respuesta al éxito del GSM en todo el mundo, en EE.UU. se desarrollo otro sistema (denominado CdmaOne), que utilizaba una forma muy eficiente de repartir la información entre varios receptores denominada CDMA). Desde el punto de vista del usuario, es muy similar al GSM. Para no quedarse atrás, en Europa se desarrollo una solución de mayor capacidad, fue denominada inicialmente UMTS y luego 3GSM (aunque también se le llama WCDMA o, simplemente, 3G). En esta referencia aparece una descripción más detallada de la interface radio y aquí un resumen de cómo se fue introduciendo y los servicios que permite. Por supuesto, el sistema CdmaOne también evoluciona. La solución más popular es conocida como EV-DO que exige una red superpuesta y que tiene unas prestaciones similares a 3GSM equipado con HSDPA. El 3GSM, aunque optimizado inicialmente para voz, tiene una mayor capacidad de transmisión de datos (pudiendo llegar normalmente a 384 kb/s y con HSDPA a 1-2 Mb/s). 3GSM podría llegar a ser la mejor solución para evitar el cable entre el salón y el dormitorio que se mencionaba al principio. > Sin embargo, aún resulta complicado, tanto por el elevado consumo de las baterías que requiere como por la complejidad que supone una red centralizada, que obliga a que todas las comunicaciones pasen por la routers del operador de telecomunicaciones. Últimamente, algunos operadores están apostando por el nodo domestico o femptonodo, que es una estación de base de coste muy bajo y que permite extender la cobertura en el interior del hogar y reducir el coste de las comunicaciones de los clientes que lo instalen. Pero esta solución no está aún suficientemente comercializada. Más cerca. El WiFi y el WiMax De forma paralela al desarrollo del GSM, a partir de los años 90, tanto en Europa como en EE.UU. comenzaron a estandarizarse una serie de sistemas para sustituir a las redes de área local cableadas con soluciones basadas en la radio. Las redes de área local tienen un alcance mucho menor que los sistemas móviles y no admiten que los terminales se desplacen lejos o rápidamente, Al contrario de lo que ocurrió con el GSM, en esta ocasión el estándar americano, conocido inicialmente como IEEE 802.11, tuvo más éxito que la solución europea. El 802.11 evolucionó hacia una familia de estándares que se distinguen con una letra minúscula (Ej. 802.11g) y que tienen diferencias entre sí, a veces importantes o que consideran aspectos diversos, como la seguridad o la interconexión. Por otra parte, una organización americana de fabricantes la WECA- decidió otorgar un sello de calidad a ciertos productos 802.11. Este sello, denominado WiFi o Wi-Fi, hizo fortuna y, muchas veces el estándar se conoce con ese nombre. De forma algo incorrecta, por lo tanto, WiFi es el nombre del estándar de conexión de redes de área local sin hilos. Tiene una capacidad (802.11g) de 54 Mbit/s aunque de forma práctica no llegue a 20 Mb/s. Sin embargo, muchos sistemas utilizan la versión original que, como máximo, transmite 2 Mbit/s o menos, la mayor parte de las veces. Su alcance es de unas decenas de metros y aunque no es muy fiable, cumple su cometido razonablemente. El gran empujón para WiFi vino de la mano de Intel, que lo incluyo de serie en sus microprocesadores Centrino. Esto redujo enormemente el coste y aumentó la popularidad. El éxito de WiFi hizo que, en algunas ciudades se pensara que WiFi podía ser una alternativa al 3GSM. En este caso, los datos serían el elemento principal y la voz vendría por añadidura, como Voz sobre IP. Algunos analistas consideran que WiFi puede ser el primer paso para la substitución de las redes móviles, centralizadas y administradas por un operador, por redes autoorganizadas y formadas por los propios clientes. No parece fácil que esto ocurra; por un lado hay dificultades técnicas: no tiene un sistema sencillo de control de la calidad del enlace, que se degrada muy rápidamente con mala propagación o con una red sobrecargada y, sobre todo, exige un grado de organización en los usuarios que parece difícil de conseguir de forma espontánea sin que exista un modelo de negocio viable. Quizás por la similitud del nombre, algunos piensan que WiMax será el protocolo que permitirá que esto suceda. Se trata de otro protocolo que proporcionará más capacidad y alcance que WiFi. En su origen WiMax es una alternativa radio al enlace DSL, es decir, a la conexion que hay entre el hogar y la central Telefónica. Por eso, su uso inicial será para telefonía rural y sería razonable pensar que, después del WiMax, hubiera que colocar un sistema WiFi, encargado de enlazar los últimos metros o dentro del hogar. Sin embargo, el protocolo 802.16, que es el nombre original ya que WiMax es el nombre dado por el WiMax forum, organización encargada de promocionar el uso de este protocolo; tiene algunas características, como el control de la calidad de servicio y uso de espectro reservado, que pueden hacerle un buen candidato para sustituir con ventaja a WiFi en algunos lugares. En la practica WiMax, sobre todo en su versión 802.16e podría ser considerado como un sistema de comunicaciones móviles alternativo de alta capacidad. Pero, para ello, tendrían que resolverse los problemas de atenuación, distorsión y sobre todo, de coste, con el desarrollo de un chipset económico y eficiente Algo que, de momento, no ha sucedido y 3G continúa siendo la solución posible para estas distancias y anchos de banda, sobre todo si se quiere movilidad. Todavía más cerca: Bluetooth y RFID Como se comentaba al principio, el factor coste y consumo de energía es esencial para el éxito de un sistema. Por eso, cuando la distancia es corta, pocos metros, y es una comunicación esencialmente uno a uno, se puede usar el protocolo Bluetooth. Esencialmente Bluetooth sirve apara evitar el uso de cables de corto alcance y tiene la ventaja de su fácil programación, aunque existen algunos problemas de confidencialidad, sobre todo si la implantación del protocolo se hace de manera imperfecta. Bluetooth ha tenido un gran éxito incluso cuando ya no se esperaba y, hoy día, se utiliza para conectar al ordenador todo tipo de equipos como PDA's, cámaras fotográficas, teclados,...o para conectar los auriculares al teléfono. Su capacidad depende del tipo de terminal, pero normalmente puede ser hasta 1 Mb/s. Existen algunas alternativas a Bluetooth, muchas en desarrollo, como Zigbee (802.15.4), que pretende ser incluso más barato y simple y con menor consumo de batería. Su uso se centraría, sobre todo, en sistemas no atendidos, como sensores, aunque su uso aún es limitado. Finalmente, si se consigue bajar el precio, se podrá implantar un dispositivo sin hilos en (casi) todos los objetos, el denominado RFID, con las consiguientes aplicaciones para control de almacenes, telemetría, pagos de peajes, etc. El lento despegue de la iniciativa que Wal-Mart propuso hace unos meses, obligando a todos sus suministradores a incluir una etiqueta RFID en los artículos, sin permitir incrementos de precio, ha enfriado algo los ánimos aunque, probablemente, las ventajas de este tipo de soluciones terminen por imponerse una vez que se resuelvan los problemas. El futuro: Más allá del UMTS. El HSPA, LTE Parece claro que no existe un sistema para todo y que se puede avanzar tanto en lograr un sistema de corto alcance que sea muy barato, como en uno de muy buenas prestaciones, aunque no sea tan económico. Este último es el camino de evolución del sistema UMTS/3G hacia el HSPA. HSPA es una extensión de UMTS/3G similar a EDGE sobre GSM. Trataría de incrementar la capacidad de transmisión de manera significativa (unos 7Mb/s y 1,9 Mb/s respectivamente en los enlaces ascendente y descendente). Como en el caso de EDGE, esto se logra conservando una compatibilidad con UMTS, es decir, que los equipos UMTS actuales seguirán funcionando sobre redes HSPA. A más largo plazo, ya se está elaborando un nuevo protocolo llamado, de momento, UMTS LTE o incluso súper 3G . El objetivo es llegar a 100 Mb/s en el enlace descendente y a 50 en el ascendente. Naturalmente, también existen otras iniciativas, por ejemplo el 802.16e ya mencionado, que sería una versión con movilidad del sistema WiMax. Aunque el trabajo en estas propuestas está avanzando, no existe aún ninguna realización práctica ni ningún operador va a implantarlas en la práctica en los próximos meses. Otro protocolo en desarrollo es el 802.15.3 que, por el contrario, se centraría en sistemas de alta capacidad aunque muy corto alcance. Este protocolo se plantea la utilización de tecnologías radio avanzadas como la UWB. La UWB se basa en enviar la señal en una banda muy ancha compartiendo el espectro con otras aplicaciones, en lugar de en una banda de frecuencias determinada, como hacen los demás sistemas. Esta idea presenta algunas ventajas, tales como la mayor facilidad para localizar los terminales, pero aun es relativamente cara y, además, está encontrando dificultades para su aprobación por las autoridades por lo que las actividades en este protocolo están suspendidas. Pero no es la única alternativa; WiMedia está buscando una solución alternativa por radio para sustituir o complementar al conector USB o al IEEE 1394 (otro protocolo cableado de alta velocidad del que disponen actualmente algunos ordenadores). El panorama está aún poco decidido aunque, claramente, exista un hueco para este tipo de enlaces. ¿Dónde estoy? GPS y Galileo Aunque solo sea por la similitud de las siglas y por el hecho que también utilice la radio para la comunicación, puede incluirse el GPS en esta guía. El GPS (en este caso el significado es bastante asequible y descriptivo: Global Positioning System) sirve sólo para localizar a los receptores equipados con este sistema. El sistema funciona por satélite y es propiedad del Departamento de Defensa de los EE.UU. Está formado por 24 satélites situados a 20.200 Km. de altura. Su utilización es gratuita y el grado de precisión obtenido depende de muchos factores, tales como el tipo de receptor, el tiempo que dure la medida y el eventual uso de la corrección diferencial. En los receptores comerciales de gama baja, el error puede ser de algunos metros. Puesto que el GPS sólo proporciona la posición - longitud y latitud -, la verdadera utilidad se consigue combinándolo con un sistema de información geográfica que relacione los datos de longitud y latitud con otro tipo de informaciones como ubicaciones de calles, negocios, hoteles, etc. Estos sistemas los proporcionan diversas casas comerciales, normalmente a un coste. En otras ocasiones, los sistemas pueden proporcionar servicios de valor añadido, como información de tráfico que varían rápidamente con el tiempo; para ello es necesario disponer de una conexión adicional, utilizando telefonía móvil; normalmente a través de GSM/GPRS. En Europa, por razones sobre todo estratégicas, se decidió lanzar un sistema similar, aunque con mejores prestaciones, denominado Galileo. Su despliegue, sin embargo, está demorándose debido a las dudas sobre la rentabilidad de la iniciativa. Otra posibilidad es utilizar el propio sistema GSM o el 3G para la localización, sin emplear satélites. Es, ciertamente posible y muchos operadores ofrecen este servicio (incluida Telefónica). El servicio tiene un error algo mayor que el GPS aunque pueden darse, desde el principio, una serie de servicios de valor añadido, tales como actualización de mapas de forma constante. La situación en España y en Latinoamérica En este momento, y desde un punto de vista práctico, existen tres soluciones: para alcances elevados y comunicaciones de voz, el estándar más utilizado es el GSM, ampliado a 3G cuando se precisa una conexión de datos a alta velocidad. En Latinoamérica hay, aún, algunas redes con estándares anteriores y soluciones CdmaOne. Estas últimas son tecnológicamente similares a GSM. En el resto, la mayoría de las redes son GSM y existen planes para evolucionar a 3G aunque en algunos lugares ya existen redes EDGE. Para conexiones dentro de casa, la solución WiFi (802.11) es la solución casi única; aunque en un futuro los femptonodos 3G pueden ser una alternativa. Para conectar equipos cercanos al ordenador o al móvil, Bluetooth es la mejor alternativa, aunque RFID está comenzando a despegar, algo más despacio de lo previsto inicialmente. El futuro, sin embargo, puede traernos sorpresas. La figura resume la situación e indica las áreas donde la situación puede cambiar en los próximos años. Anexo. Significado de algunas siglas 3G. Sistema de comunicaciones de tercera generación. (La primera es la comunicación analógica conocida por el estándar nórdico; la segunda es el sistema digital GSM). En Europa normalmente es sinónimo de UMTS o de WCDMA 3GSM. Otro nombre para la 3G, para poner de manifiesto que las redes de 3G comparten servicios con GSM y pueden ser complementarias 802.11. Familia de protocolos para enlaces de redes de área local. El numero 802 hace referencia al grupo de estándares que consideran redes radio de conexión de ordenadores y el 11 al tipo de enlace (media distancia, algunos metros a decenas de metros) 802.15.3 Protocolo para enlace de redes de área personal utilizando, entre otras, técnicas de UWB. Se ha diseñado para alta velocidad (películas, etc...). En este momento sus actividades están suspendidas 802.16. Familia de protocolos para redes de área metropolitana con acceso radio. Su nombre comercial es WiMax. Originalmente se diseñó para sustituir a los enlaces cable DSL 802.16e. Protocolo de la familia 802.16 especializado en la comunicación móvil. Incluye elementos que permiten mejorar el traspaso entre transmisores. Bluetooth. Nombre del protocolo de transmisión a corta distancia (pocos metros) y velocidad media (voz). En realidad, es una familia de protocolos con distintos alcances y capacidades. Su origen está basado en el nombre de un rey Vikingo que unió Dinamarca y Noruega en el siglo X. CDMA. Code Division Multiple Access. Forma de lograr que una señal de radio pueda compartirse entre varios usuarios. El CDMA está basado en la separación por código, y se basa en las propiedades matemáticas de ciertas secuencias de números. CdmaOne. Nombre comercial de un estándar de comunicaciones móviles digital americano similar al GSM DSL Digital suscriber line. Nombre genérico del cable de abonado cuando en sus extremos se colocan modems especiales capaces de transmitir información digital de alta velocidad EDGE. Enhanced Data rates for GSM Evolution. Es un protocolo que permite mejorar la velocidad de transmisión de datos sobre GSM. Aunque exige cambios en la red, es totalmente compatible con GSM, es decir, un móvil GSM convencional funciona perfectamente en redes EDGE, aunque sin ser capaz de recibir datos a alta velocidad. EV-DO Evolution-Data Optimized o Evolution-Data Only. Es una red superpuesta al sistema CdmaOne para proporcionar servicios de datos, con prestaciones similares a 3GSM. GPRS. General Packet Radio Service. Un servicio de GSM que permite transmitir datos. Su velocidad es menor que la EDGE, pero solo exige modificaciones en el software de las estaciones de radio. Hoy día prácticamente todos las redes GSM admiten GPRS. GPS Global Positioning System. Sistema de satélites del Departamento de Defensa Americano que se emplea para localización. Los satélites GPS sólo transmiten señales y no pueden, por tanto, utilizarse para comunicaciones. GSM Global System for Mobile Communications (GSM: originalmente Groupe Spécial Mobile) Sistema de comunicaciones móviles digital. Normalmente se dice que es de segunda generación, estando la primera generación formada por sistemas analógicos. HSPA High-Speed Packet Access (HSPA). Es una evolución de UMTS -compatible con la red existenteque permite más velocidad de transmisión de datos IEEE 1394 es un estándar para de datos en serie a gran velocidad. Suele utilizarse para la interconexión de dispositivos digitales como cámaras digitales y videocámaras a computadoras. (conocido como FireWire por Apple Inc. y como i.Link por Sony) RFID Radio Frequency IDentification, es un sistema de almacenamiento y recuperación de datos remoto que emplea unos transceptores de muy bajo coste denominados RFID cuyo alcance es muy corto. Existen varios tipos de RFID según tengan o no baterías UMTS Universal Mobile Telecommunications System. Nombre de una familia de protocolos que definen diversos aspectos de los sistemas de comunicaciones móviles de tercera generación (capacidad de datos hasta 384 kb/s, suficientes para una navegación por la Web con calidad aceptable). UMTS LTE UMTS Long Term Evolution. Grupo de protocolos que proponen mejoras en UMTS, sobre todo en velocidad de transmisión UWG. Ultra Wide Band. Nombre de una técnica de modulación que, en lugar de utilizar una banda lo mas estrecha posible, se extiende a lo largo de una banda muy amplia pero con muy poca potencia, lo que reduce las interferencias que produce en otros sistemas. WCDMA Wideband Code Division Multiple Access. Es la forma de acceso de UMTS en la versión utilizada en Europa. WECA Wireless Ethernet Compatibility Alliance (WECA). Es la organización que aplica el sello WiFi a los equipos IEEE 802.11. Actualmente se denomina WiFi Alliance WiFi es el sello de la Wi-Fi Alliance (anteriormente la WECA). Una organización comercial que certifica que los equipos cumplen los estándares 802.11. WiMax Worldwide Interoperability for Microwave Access. Es el nombre dado por la organización WiMax Forum al conjunto de estándares 802.16 para su promoción y difusión. Zigbee Es le nombre que da la organización Zigbee Alliance al conjunto de protocolos 802.15.4 dedicados a comunicaciones de área persona (PAN) Referencias y enlaces de interés Además de las referencias mencionadas en el texto, puede consultarse [1] LAS TELECOMUNICACIONES Y LA MOVILIDAD EN LA SOCIEDAD DE LA INFORMACIÓN. http://info.telefonica.es/sociedaddelainformacion/ [2] Telefonía móvil y sociedad http://www.telefoniamovilysociedad.movistar.es/curso.htm [3] Servicios de Movistar y 3G http://www.movistar.es/particulares/servicios/internet/gprsumts http://www.empresa.movistar.es/lainnovacion/entusmanos/tecnologiaumts.htm [4] Comunicaciones móviles de tercera generación. Telefónica Móviles España. [5] GPRS Tecnología Servicios y negocios. Telefónica Móviles España [6] HISTORIA DE LAS TELECOMUNICACIONES. José de la Peña. Ariel Autor: José Jiménez. [1] De todos modos, puesto que las estaciones de base tienen una capacidad de trafico determinada, en zonas de alta utilización, el numero de estaciones está limitado más por su capacidad que por su alcance. [2] En algunos casos se ha incluido los datos que proporciona teóricamente el estándar, aunque en la práctica estos valores son datos límite que no se consiguen nunca. Los valores reales pueden depender del nivel de la señal, del tipo de aplicación o del sistema operativo. También dependen del terminal y, sobre todo, del tráfico de la celda. Descargar archivo de audio (21:20 min / 4,88 Mb)