Comunicación vía celular (Información y Diagrama)

CÓMO FUNCIONA LA TELEFONÍA CELULAR

La telefonía celular debe su nombre a la forma como se divide el área de servicio del operador en una serie de hexágonos que, al ser unidos entre sí, forman una figura de celdas similar a un panal. En cada celda hay una estación base que cuenta con un transmisor y un receptor de radio de baja potencia. Cada estación cubre una determinada área geográfica. La unión de varias de ellas forma la red celular, a través de la cual se pueden establecer comunicaciones no sólo con abonados del servicio celular, sino también con aquellos que emplean la telefonía convencional.

La formación de un sistema de células o una red depende, entre otros factores, de la topografía, la potencia de los transmisores y de la cantidad de tráfico (número de llamadas) que vayan a soportar las células. A medida que la distancia entre las estaciones base y la móvil se incrementa, la señal se puede deteriorar. Las llamadas en la telefonía celular se hacen a través de señales de radio.

La red celular está diseñada para utilizar al máximo la gama de frecuencias posibles. A medida que aumenta el tráfico de llamadas se hace necesario subdividir más células e instalar estaciones bases para reducir la interferencia y aumentar la utilización de la frecuencia.

A cada una de esas estaciones se le asigna un grupo de frecuencias que, debido a la configuración de la red en forma de panal, pueden ser reutilizadas en celdas que no sean contiguas ni demasiado cercanas. La posibilidad de volver a emplearlas es, a juicio de los técnicos, una gran virtud pues las radiofrecuencias son limitadas.

Por ejemplo, la llamada que un usuario, conductor o peatón hace desde un teléfono celular es transferida en forma automática de una estación base a otra, generalmente sin interrupción, hasta llegar al centro de conmutación móvil (equivalente a la central telefónica), que se encarga de llevar la llamada a su destino.

En este caso, casi que se puede hablar de equipos inteligentes que cambian de frecuencia sin que el usuario lo note.

Todo este fenómeno se da sin que el usuario intervenga, de la misma manera que hoy una persona en una ciudad cualquiera del país puede llamar de larga distancia por el Discado Directo Nacional, sin enterarse de que en su comunicación intervinieron por lo menos tres empresas: las dos de telefonía local y Telecom.

Pero como la mayor parte de las comunicaciones de una persona no son con otros teléfonos celulares sino con aparatos de la red convencional, es necesario que esa red celular se conecte con las telefónicas tradicionales.

Analógico y digital En Colombia, al igual que en todo el mundo, existen dos formas en las cuales la información de cualquier tipo puede ser transmitida en los medios de telecomunicaciones, incluida la telefonía celular: analógica o digital.

En el sistema analógico se produce la transmisión de un espectro continuo de frecuencias. El sonido que usted escucha y la luz que ve consisten en tal espectro continuo. En el primer caso, el rango de frecuencias va de los 30 a los 15.000 Hertz o, en gente con muy buen oído, 20.000 Hertz.

En contraste, la transmisión digital significa que una sucesión de pulsos on/off son enviados (paso o no paso de corriente), en la misma forma en que los datos viajan en los circuitos de computador. Otra forma de decirlo, son secuencias de unos y ceros. Estos pulsos son denominados bits, o unidades de información.

Roaming y Handolff Debido al desplazamiento de los abonados, es posible que en algún momento se alcance el límite de cobertura de alguna de las células. En este caso, otra célula se encargará de permitir la comunicación.

Este traspaso conocido como handolff, se debe lograr sin que el usuario lo note.

 Lo que ocurre es que la central indica a la célula más apropiada que debe tomar la llamada ya existente, dándole prioridad sobre nuevas llamadas.

Este proceso se hace más crítico cuando no solo se llega al límite de cobertura de una célula, sino que se llega al límite de cobertura del sistema al cual pertenece el abonado. En este momento la llamada pasa a ser administrada por el operador de la otra zona.

En este caso no solo ocurre el handolff, sino que el abonado pasa a ser visitante del otro sistema. Todo el proceso de registro en el nuevo sistema es lo que se conoce como roaming.

Este registro se debe realizar para que se pueda identificar correctamente al abonado visitante, y así poder realizar todos los procesos de tasación y facturación de la llamada.

Antenas de la telefonía móvil:

La base física de la telefonía móvil son las ondas electromagnéticas que están constituidas por dos campos, uno eléctrico y otro magnético, mutuamente sostenidos que se propagan en el espacio en forma ondulatoria. Estas ondas, portadoras de energía, se caracterizan por los parámetros: amplitud y frecuencia, que las determinan totalmente. Pero, además de sus propiedades ondulatorias, también presentan aspectos corpusculares (fotones) comportándose entonces, como paquetes de energía, la cual depende exclusivamente de la frecuencia. Las ondas, además de energía, pueden portar información si se modula su amplitud, frecuencia o ambas; y por ello se utilizan en los sistemas de telecomunicación.

Software RADIA: Mapa de la densidad de potencia radiada por cuatro antenas de panel situada a 5m de altura que apunta en diversas direcciones.

De todo el espectro electromagnético, solamente se usan para comunicaciones las frecuencias comprendidas entre 0 y 300 GHz., que de aquí en adelante las denominaremos radiofrecuencias. En concreto, y para Europa, los sistemas de telefonía móvil digital trabajan en las bandas de los 900 MHz. (sistema GSM), los 1800 MHz y 1900 MHz (sistema DCS). En la clasificación que se ha esbozado es de suma importancia la distinción entre ondas ionizantes y no ionizantes. Un punto importante es que la diferencia se establece en la energía que llevan (frecuencia): si tienen suficiente para ionizar los átomos serán ionizantes y de lo contrario no ionizantes. Dado que la energía de los enlaces químicos es del mismo orden que la de ionización, las ondas ionizantes pueden inducir cambios químicos por ruptura de los enlaces. Para ello, es básico conocer que a medida que las ondas se propagan por el espacio, su densidad de potencia disminuye con la distancia a la antena dependiendo de la apertura y geometría que presente el frente de ondas.

Por ejemplo, una antena que emitiese una onda perfectamente esférica con una potencia (energía por segundo) dada, su densidad de potencia a una distancia determinada sería su potencia de emisión dividida por la superficie de la esfera de ese radio. Como se ve la densidad de potencia de la onda se atenúa de forma proporcional al cuadrado de la distancia. Con otras geometrías del frente de ondas la atenuación podría ser menor, pero en todo caso siempre sería inversamente proporcional a la distancia. La densidad de potencia radiada la expresaremos en microwatios por centímetro cuadrado. 1 microwatio/cm2= 1 uW/cm2 = 0,001 mW/cm2= 0,000001 W/cm2. Las antenas de telefonía móvil (estaciones base) están instaladas sobre torres de 10-30 metros de altura, o bien sobre torres mas pequeñas cuando éstas van colocadas sobre los edificios. Hay antenas de dos tipos: las de alta ganancia que son paneles verticales, y las de baja ganancia, que son varillas.

Las de alta ganancia (las más habituales) dirigen su radiación en una dirección determinada (hacia la que apuntan). Normalmente cada torre soporta tres antenas, cada una de ellas con una cobertura sobre un sector de 120º. La mayor parte de la potencia radiada se concentra en un rayo de apertura aproximada de 6º, y el resto en una serie de rayos mas débiles a los lados del rayo principal. El rayo principal no llega a alcanzar el suelo hasta una distancia desde la torre entre 50 m y 200 m.

Añadiremos que el diagrama anterior representa la emisión de una antena de alta ganancia. Como se dijo anteriormente, las antenas que usa la telefonía móvil son de dos tipos: las de alta ganancia (panel) o de baja ganancia (varilla) y para poder diferenciarlas nos centraremos en su aspecto que, afortunadamente, es bastante diferente. Incluso en la distancia, el emplazamiento (torres) para antenas de alta y baja ganancia tienen un aspecto diferente. La antena de baja ganancia emite circularmente alrededor de la misma y la de alta ganancia en la dirección hacia la que apunta el panel. 

En el dibujo anterior apuntaría hacia nosotros (hacia fuera del papel). Cuando se instalan antenas de alta ganancia en edificios, puede que no sean visibles de forma obvia, especialmente si se instalan a los lados del edificio o, lo que es más habitual, a los lados de las buhardillas. Nos preguntaremos cuál es la diferencia de la radiación que emiten las antenas de alta y baja ganancia. Para ello, necesitaremos conocer los diagramas de radiación de radiofrecuencias de antenas de alta y baja ganancia. Estos diagramas nos dan la densidad de potencia emitida por la antena en la zona del especio que la rodea. La antena, al emitir, genera un valor para la radiación en los puntos espaciales alrededor de la misma. Esta será la radiación que recibiremos si nos situamos en dichos puntos por lo que es un valor de extraordinario interés para evaluar el impacto ambiental de la antena.