Para la mayoría de nosotros, un teléfono móvil es parte de nuestras vidas, pero seguro que nuestras mentes curiosas siempre se han preguntado cómo funciona un teléfono móvil y por qué existen diferentes generaciones de comunicaciones móviles. Vamos a explorar la tecnología detrás de las comunicaciones móviles y entender cómo funciona el móvil o el teléfono.
Tecnología móvil
Cuando hablas por teléfono, tu voz es recogida por el micrófono del teléfono. El micrófono convierte tu voz en una señal digital con la ayuda de un sensor de MEMS y un circuito integrado. La señal digital contiene tu voz en forma de ceros y unos. Una antena dentro del teléfono recibe estos ceros y unos y los transmite en forma de ondas electromagnéticas. Estas ondas electromagnéticas transmiten los ceros y unos alterando características de la onda como la amplitud, frecuencia y fase. Por ejemplo, en el caso de la frecuencia, el 0 y el 1 se transmiten utilizando frecuencias bajas y altas respectivamente. Si encontráramos una forma de transmitir estas ondas electromagnéticas al teléfono de un amigo, podríamos establecer una llamada.
Sin embargo, las ondas electromagnéticas no pueden viajar largas distancias, pierden su fuerza debido a la presencia de objetos físicos, equipos eléctricos y otros factores ambientales. Incluso en ausencia de estos problemas, las ondas electromagnéticas no se mantendrían para siempre debido a la estructura curva de la Tierra. Para superar estos problemas, se introdujeron las torres de células utilizando el concepto de tecnología celular.
Tecnología Celular
En la tecnología celular, un área geográfica se divide en celdas hexagonales, cada una con su propia torre y frecuencia. Estas torres de células están conectadas mediante cables, específicamente cables de fibra óptica, que se colocan debajo del suelo o del océano para proporcionar conectividad nacional o internacional. Las ondas electromagnéticas producidas por tu teléfono son recogidas por la torre en tu celda y convertidas en pulsos de luz de alta frecuencia. Estos pulsos de luz son transportados hacia la caja transceptora de la base ubicada en la base de la torre para su posterior procesamiento de señal. Después del procesamiento, tu señal de voz se encamina hacia la torre de destino. Al recibir los pulsos, la torre de destino los irradia hacia afuera en forma de ondas electromagnéticas y el teléfono de tu amigo recibe la señal. Esta señal pasa por un proceso inverso y tu amigo escucha tu voz.
Por lo tanto, es cierto que las comunicaciones móviles no son completamente inalámbricas, también utilizan un medio con cableado.
Sin embargo, hay un gran problema que dejamos sin respuesta de forma intencionada. Las comunicaciones móviles solo tienen éxito cuando tu torre transfiere la señal a la torre de tu amigo. Pero, ¿cómo sabe tu torre en qué área de torres se encuentra tu amigo?
Para este proceso, la torre de la celda recibe ayuda de algo llamado centro de conmutación móvil. Este centro de conmutación móvil es el punto central de un grupo de torres de células.
Centro de Conmutación Móvil
Cuando compras una tarjeta SIM, toda la información de suscripción se registra en un centro de conmutación móvil específico. Este centro de conmutación móvil será tu centro de conmutación local y almacenará información como planes de servicio, tu ubicación actual y tu estado de actividad. Si sales del alcance de tu centro de conmutación local, el nuevo centro de conmutación que te atienda se conoce como centro de conmutación extranjero. Cuando entras en una región de centro de conmutación extranjero, este se comunica con tu centro de conmutación local. En resumen, tu centro de conmutación local siempre sabe en qué área de centros de conmutación te encuentras.
Dentro del área de centros de conmutación, el centro de conmutación utiliza algunas técnicas para determinar la ubicación del suscriptor. Una forma es actualizar la ubicación del suscriptor después de cierto período cuando el teléfono atraviesa un número predeterminado de torres. La última de estas actualizaciones es cuando el teléfono se enciende.
Vamos a entender todos estos procedimientos con un ejemplo. Supongamos que Emma quiere llamar a John. Cuando Emma marca el número de John, la solicitud de llamada llega a su centro de conmutación local. Al recibir el número de John, la solicitud se enviará al centro de conmutación de John. Ahora, el centro de conmutación de John verifica su ubicación actual. Si John está en su centro de conmutación local, la solicitud de llamada se enviará inmediatamente a su ubicación de célula actual y se verifica si John está ocupado en otra llamada o si su teléfono está apagado. Si todo es positivo, su teléfono suena y la llamada se conecta. Sin embargo, si John no se encuentra en su centro de conmutación local, simplemente se reenvía la solicitud de llamada al centro de conmutación extranjero. El centro de conmutación extranjero seguirá el procedimiento explicado anteriormente para localizar el teléfono de John y luego establecer la llamada.
Generaciones de Tecnología Móvil
Finalmente, hablemos de por qué son importantes las bandas de frecuencia en las comunicaciones de teléfonos móviles. Para transferir ceros y unos en comunicación digital, a cada suscriptor se le asigna un rango de frecuencia. Sin embargo, el espectro de frecuencia disponible para las comunicaciones celulares es bastante limitado y hay miles de millones de suscriptores. Esta cuestión se resuelve con la ayuda de dos tecnologías: la distribución de ranuras de frecuencia y la técnica de acceso múltiple. En la primera técnica, se asignan cuidadosamente diferentes ranuras de frecuencia a diferentes torres de células. En la técnica de acceso múltiple, esta ranura de frecuencia se distribuye de manera eficiente entre todos los usuarios activos en el área de la célula.
Luego, surge la pregunta: ¿por qué existen diferentes generaciones de tecnologías de telefonía móvil? La 1G permitió a los usuarios llevar un teléfono sin un cable, pero tuvo dos problemas importantes. El primer problema fue que la transmisión inalámbrica era en formato analógico, lo que resultaba en una calidad de voz deficiente y poca seguridad. El segundo problema fue el uso de la técnica de división de frecuencia múltiple, que utilizaba de manera ineficiente el espectro disponible. Estos factores abrieron el camino para la segunda generación de comunicaciones móviles, 2G.
La tecnología 2G utilizó tecnologías digitales de acceso múltiple, específicamente la tecnología TDMA o CDMA. La segunda generación también introdujo un servicio de datos revolucionario, como los mensajes de texto SMS y la navegación por Internet. La tecnología 3G se enfocó en ofrecer una velocidad de transferencia de datos más alta, utilizando una técnica de acceso múltiple de CDMA de banda ancha junto con un aumento en el ancho de banda. La velocidad 3G de 2 Mbps permitía la transferencia de datos para usos como GPS, videos y llamadas de voz. 3G fue un gran avance en la transformación del teléfono básico en un teléfono inteligente.
Luego vino 4G, que logró velocidades de 20 a 100 Mbps, adecuadas para películas de alta resolución y televisión. Esta mayor velocidad fue posible gracias a la tecnología de acceso múltiple OFDM y la tecnología MIMO. MIMO utiliza múltiples antenas transmisoras y receptoras en el teléfono móvil y las torres.
La próxima generación de comunicación móvil, 5G, que se lanzará pronto, utilizará la tecnología MIMO mejorada y ondas milimétricas. Brindará conectividad perfecta para admitir el Internet de las cosas, como los autos sin conductor y las casas inteligentes.
Espero que hayas encontrado esta información interesante sobre cómo funcionan las comunicaciones móviles. Si quieres aprender cómo funciona una pantalla táctil, por favor mira este video. No olvides suscribirte a Learn Engineering y tu apoyo en Patreon.com es invaluable. ¡Gracias!
