Comunicaciones móviles e inalámbricas
Las comunicaciones inalámbricas transmiten información mediante ondas electromagnéticas (radiofrecuencia) sin soporte físico. Se apoyan en técnicas de espectro ensanchado (spread spectrum, también llamado espectro expandido, disperso o SS), una técnica de modulación empleada en telecomunicaciones para la transmisión de datos digitales y por radiofrecuencia, que reparte la señal sobre un ancho de banda mayor para ganar robustez frente al ruido y las interferencias.
El acceso al medio compartido se coordina con protocolos como CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, «acceso múltiple con detección de portadora y detección de colisiones»). La propagación sufre atenuación, que se produce cuando un objeto sólido —un muro, una puerta— bloquea parcial o totalmente la señal. La mayoría de los enrutadores inalámbricos emplean antenas omnidireccionales, que radian en todas las direcciones del plano horizontal.
Organismos reguladores
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ITU (Unión Internacional de Telecomunicaciones): organismo especializado de la ONU que regula las telecomunicaciones a nivel internacional entre administraciones y operadoras.
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IEEE: define las normas de la familia 802 (LAN/WLAN/WPAN/WMAN).
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ETSI (Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones): estandarizó originalmente GPRS y GSM.
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3GPP: gestiona UMTS, HSPA y LTE. TIA (Telecommunications Industry Association): regula el sistema 2G TDMA (IS-136).
Estándares IEEE 802 inalámbricos
| Grupo IEEE | Ámbito |
|---|---|
| 802.11 | Redes inalámbricas de área local (WLAN / Wi-Fi) |
| 802.15 | Redes de área personal inalámbricas (WPAN), p. ej. Bluetooth |
| 802.16 | WiMAX (banda ancha inalámbrica, WMAN) |
Familia Wi-Fi (IEEE 802.11)
La norma IEEE 802.11 se refiere a las redes inalámbricas (WLAN). Sus principales variantes:
| Estándar | Banda | Velocidad máx. teórica | Nombre comercial |
|---|---|---|---|
| 802.11b | 2,4 GHz | 11 Mbps | — |
| 802.11a | 5 GHz | 54 Mbps | — |
| 802.11g | 2,4 GHz | 54 Mbps | — |
| 802.11n | 2,4 GHz o 5 GHz | 600 Mbps | Wi-Fi 4 |
| 802.11ac | 5 GHz | hasta ~7 Gbps (≈1,73 Gbps por config. habitual) | Wi-Fi 5 |
| 802.11ax | 2,4/5/6 GHz | ~9,6 Gbps (≈10 Gbps) | Wi-Fi 6 |
El estándar WiFi G (802.11g) utiliza la banda de 2,4 GHz; el 802.11b también trabaja en 2,4 GHz; el 802.11a en 5 GHz. El 802.11n —el estándar más común para WLAN— alcanza 600 Mbps en 5 GHz (o 2,4 GHz) empleando la tecnología MIMO (Multiple Input Multiple Output). El 802.11ac opera en 5 GHz con máximos teóricos citados de hasta ~7 Gbps (y ~1,73 Gbps en una configuración habitual).
Según el consorcio Wi-Fi Alliance, la nomenclatura generacional es: Wi-Fi 4 = 802.11n, Wi-Fi 5 = 802.11ac y Wi-Fi 6 = 802.11ax. Wi-Fi 6 mejora a Wi-Fi 5 combinando OFDMA, MU-MIMO y Beamforming para aumentar la capacidad en entornos con múltiples dispositivos. Los productos que integran la tecnología IEEE 802.11ah reciben la denominación Wi-Fi HaLow (sub-1 GHz, orientado a IoT). Otras enmiendas: 802.11r, conocido como Fast BSS Transition (FT) o Fast Basic Service Set Transition, acelera el roaming entre puntos de acceso.
Seguridad Wi-Fi: los protocolos de cifrado, de menor a mayor seguridad, son WEP → WPA → WPA2. El WPA utiliza cifrado de clave compartida. Es incorrecto afirmar que la seguridad de WEP sea superior a la de WPA2: WPA2 es más seguro.
WiMAX y Bluetooth
WiMAX se define en el estándar IEEE 802.16. Es falso que WiMAX opere solo en las bandas de 2,5 o 3,5 GHz (soporta un rango más amplio). Bluetooth (IEEE 802.15) es la tecnología de red inalámbrica de corto alcance entre dispositivos como smartphones, auriculares y altavoces. Una PICONET es una red formada por dispositivos móviles que utilizan tecnología Bluetooth. Frente a estas, Bluetooth LE NO es una tecnología LPWAN (a diferencia de LoRa, Sigfox o NB-IoT).
Redes de difusión (broadcast)
La característica principal de las redes de difusión es la transmisión de información conocida por todos los nodos: un mensaje enviado a una dirección de broadcast se entrega a todos los hosts de la red. Cuando un protocolo superior (TCP o UDP) envía un datagrama a una dirección IP de broadcast, el datagrama se entrega a todos los hosts de la red destinataria. La ausencia de nodos intermedios de conmutación aumenta la probabilidad de colisiones. Dispositivos representativos de las redes de difusión inalámbricas son las antenas de radio.
Evolución de la telefonía móvil
Secuencia de desarrollo: GSM → GPRS → UMTS → HSDPA → LTE.
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2G: telefonía digital y portátil. Surgió por la necesidad de un mayor manejo de llamadas en los mismos espectros de radiofrecuencia; su objetivo fue la transmisión de voz y datos e introdujo el SMS. Su área de uso estaba limitada por la incompatibilidad entre los protocolos de distintas compañías. Emplea técnicas de acceso como TDMA y CDMA (acceso múltiple por división de código). PHS fue el sistema 2G enfocado inicialmente a la transferencia de datos.
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GPRS: «Servicio General de Paquetes vía Radio», estandarizado por ETSI, ofrece hasta 114 kbit/s y se cobra por cada megabyte transferido.
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3G (UMTS): el Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles, gestionado por 3GPP, reemplazó a GSM y TDMA IS-136. Ideal para servicios multimedia móviles (voz y datos no-voz), con calidad de voz equiparable a la de las redes fijas. Alcanza de 384 Kbps a 2 Mbps y usa antenas avanzadas MIMO. No requiere adquirir un móvil: se puede acceder mediante un módem USB. Emplea el cifrado por bloques KASUMI. El efecto cell breathing es la reducción del radio de cobertura efectivo de una celda al aumentar la carga de usuarios (mayor interferencia). Evolved HSPA (Evolved High Speed Packet Access) fue el estándar 3GPP mejorado lanzado a finales de 2008.
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4G (LTE): desarrollado por el 3GPP ante el creciente uso de datos móviles. Su interfaz radioeléctrica emplea OFDMA en el enlace descendente y SC-FDMA en el ascendente. Se caracteriza por alta eficiencia espectral, baja latencia y compatibilidad con CDMA2000. Alcanza de 100 Mbps a 1 Gbps. LTE Advanced es la técnica que se incluye dentro de 4G; es falso que LTE Advanced utilice W-CDMA (esa es la técnica de acceso de 3G). TeliaSonera fue el primer operador en ofrecer 4G.
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5G: más de 10 veces la velocidad de 4G, con latencia muy baja, permitiendo la comunicación entre millones de dispositivos IoT; alcanza de 1 a 10 Gbps (con valores citados desde 50 Mbit/s hasta 4 Gbit/s). Requiere más celdas que 4G (es incorrecto decir que necesite menos). El Segundo Dividendo Digital es el proceso de liberación de la banda de 700 MHz del espectro radioeléctrico para desplegar en ella las redes 5G.
Gestión de dispositivos y roaming
El roaming permite utilizar los servicios contratados en el móvil en un país distinto al del operador de origen sin cambiar de operador. La política BYOD (Bring Your Own Device, «trae tu propio dispositivo») permite al usuario emplear su dispositivo personal para tareas profesionales o educativas, y exige implementar políticas de seguridad específicas.
Fuentes
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Wi-Fi Alliance — «Wi-Fi Alliance introduces Wi-Fi 6» (nomenclatura Wi-Fi 4/5/6): https://www.wi-fi.org/news-events/newsroom/wi-fi-alliance-introduces-wi-fi-6
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IEEE 802.11 — Wikipedia (bandas y tasas 802.11a/b/g/n/ac/ax): https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11
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IEEE 802.11n-2009 — Wikipedia (600 Mbps, MIMO, 2,4/5 GHz): https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11n-2009
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IEEE 802.11ah (Wi-Fi HaLow) — Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/IEEE_802.11ah
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KASUMI (block cipher) — Wikipedia (cifrado por bloques UMTS/3G, ETSI SAGE): https://en.wikipedia.org/wiki/KASUMI
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Electronics Notes — «4G LTE Modulation: OFDM OFDMA SC-FDMA» (OFDMA descendente, SC-FDMA ascendente): https://www.electronics-notes.com/articles/connectivity/4g-lte-long-term-evolution/ofdm-ofdma-scfdma-modulation.php
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ITU (Unión Internacional de Telecomunicaciones): https://www.itu.int
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ETSI (GPRS/GSM): https://www.etsi.org