Base de teléfonos móviles

2001/10/01 Roa Zubia, Guillermo - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

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La idea de los teléfonos móviles está tomada de los teléfonos de radio. Antiguamente, estos últimos se instalaron en coches de unos pocos. Pero esta solución era costosa y limitada. Las antenas que difundieron la señal de los teléfonos de radio estaban alejadas entre sí, al igual que las antenas de radio. Por ello, el emisor de cada teléfono debía ser de gran potencia. Además, el número de transmisiones simultáneas depende del número de frecuencias disponibles, por lo que muchas llamadas no podían gestionarse simultáneamente. Este sistema no es adecuado, por ejemplo, para que los vecinos de una ciudad tengan un teléfono móvil.

Idea de célula

Lo que hizo posible la revolución fue la idea de la división del territorio, es decir, el concepto de célula. La distribución en células pequeñas del lugar donde deben funcionar muchos teléfonos permite utilizar la misma frecuencia en dos células distintas de las laterales. Para ello, cada célula debe tener su propia antenilla, que no pueda emitir la señal a gran distancia. De este modo, la señal no puede emitirse a gran distancia del límite celular.

Por otra parte, este sistema requiere emisores de baja potencia en los teléfonos y el número de frecuencias disponibles puede dispararse. Por lo tanto, es un buen sistema para crear redes telefónicas baratas. Hay que tener en cuenta, además, que con un elevado número de usuarios, el coste se distribuye y permite crear un producto que pueda ser vendido a muchas personas.

Distribución de frecuencias

En cada célula se necesita una pequeña central, es decir, un pequeño edificio con una antena y un equipo de radio. Al ser las células hexagonales, una célula está rodeada por otras seis, y para evitar solapamientos sólo tiene disponible una séptima parte del número de frecuencias.

Normalmente, son 832 frecuencias útiles en cada célula. De ellas, 42 se dejan para control del sistema. En cada llamada el teléfono utiliza dos frecuencias, una para la señal que recibe y otra para la que emite, es decir, una para cada hablante. Por tanto, el número de canales disponibles dentro de una célula es de 56. En principio, esto significa que en el interior de una célula no pueden coincidir más de 56 llamadas, pero el uso de sistemas de transmisión digitales puede suponer un aumento considerable.

Los teléfonos móviles necesitan emisores de baja potencia, por lo que tienen consumos bajos. Emiten dos señales: de 0,6 y 3 vatios (el equipo de un radioaficionado, por ejemplo, es de 4 vatios).

La aplicación de la idea de células requiere una gran dispersión de antenas en las ciudades. Además, la gestión de las frecuencias requiere de una central general denominada MTSO ( Mobile Telephone Switching Office ).

¿Qué ocurre cuando se habla? En primer lugar, el teléfono recibe un código de identificación desde un canal de control que le indica si comunica o no con una célula de su sistema. Desde este canal de control se canaliza la comunicación entre el teléfono y la central celular.

El teléfono envía entonces la solicitud de registro para que MTSO pueda iniciar el seguimiento de la ubicación del teléfono. A continuación, MTSO selecciona el par de frecuencias durante la llamada e informa al teléfono de la frecuencia en la que debe funcionar. Una vez realizados todos estos procesos, se inicia la conexión.

Si el teléfono se desplaza de una célula a otra durante la llamada, las centrales de ambas células experimentan cambios en la potencia de transmisión (una de ellas va perdiendo la señal y la otra se recibe cada vez más fuerte). Ambas centrales se coordinan a través de MTSO, seleccionando nuevas frecuencias y ordenando al teléfono un cambio de frecuencia en un momento dado. También se comprueba si el teléfono está autorizado a funcionar al pasar de la célula a la célula.

Interior

Un teléfono móvil tiene pocos componentes, es decir, un circuito integrado, una antena, una pequeña pantalla de cristal líquido, un teclado, un micrófono, un altavoz y una batería. Sin embargo, cualquier otra herramienta de uso habitual en la vida cotidiana no tiene complejidad en el teléfono móvil. Puede recibir, descomprimir, comprimir, emitir, etc. Puede realizar millones de cálculos en un solo segundo.

Merece la pena analizar cuáles son los chips básicos del circuito electrónico. Incluye chips que convierten la señal analógica en digital y digital en analógico, así como otro que procesa la señal digital. Controla los microprocesadores, el teclado, la pantalla y la comunicación y, en general, cumple la función de ordenador dentro del teléfono. Con un pequeño ordenador, también necesita chips de memoria, con ROM y memoria Flash en los teléfonos más comunes. Muchos modelos incorporan chips que ofrecen al teléfono otros recursos.

Problemas

Como cualquier otra máquina, los teléfonos deben cuidarse. La humedad produce corrosión y el calor que puede dañar totalmente el teléfono móvil puede tener consecuencias graves, sobre todo en la batería o en el circuito electrónico, y el frío intenso puede impedir la imagen de la pantalla.

Sin embargo, a pesar de estar en discusión, los expertos consideran que los teléfonos móviles tienen que ver con otros problemas. Por un lado, al emitir microondas, su uso frecuente puede causar problemas de salud. Son emisores de muy baja potencia, pero hay que tener en cuenta que se colocan a pie de cabeza. Por otro lado, las antenas dispersas en la ciudad pueden causar un problema similar al de las ondas. Son muchas y afectan a toda la población.

Analógico a digital

Las frecuencias utilizadas por los teléfonos móviles se encuentran en el espectro de microondas (800-900 MHz). La voz se emite con una banda de frecuencias de 30 kHz de ancho, de forma que se equipare a la calidad del teléfono por cable. Y entre las dos frecuencias utilizadas en una llamada se deja un rango mínimo de 45 MHz para evitar problemas de interferencia. Con estas características el número de frecuencias útiles en una célula está muy limitado. Se trataba de un sistema analógico que se puso en marcha en un principio, pero con la tecnología digital se puede aumentar considerablemente.

Mediante la digitalización, el sonido se convierte en un código formado por 0 y 1, que se comprime. Esta información puede ser tratada informáticamente y así emitir varias transmisiones desde una única banda de frecuencias.

Existen tres tipos de tecnologías habituales para la transmisión de información de teléfonos móviles. El primero es el FDMA, que asigna una frecuencia a cada llamada. Aunque pueda tratarse digitalmente, este es el sistema de teléfonos analógicos.

La tecnología TDMA ( Time Division multiple access ) permite emitir tres señales diferentes de una frecuencia. Para ello, el tiempo se divide en tres partes, es decir, cada 6-7 milisegundos la frecuencia cambia de señal. El cambio es muy rápido y el usuario no percibe nada, pero sólo lo está utilizando un tercio del tiempo. Para poder poner en marcha este truco, las tres señales deben estar comprimidas digitalmente.

Este sistema es la tecnología del sistema GSM (Global System for Mobile Communications), estándar internacional de teléfonos móviles en Europa, Australia, Asia y África (el sistema estadounidense no es compatible con GSM). Este sistema utiliza métodos de encriptación para proteger las señales.

En el último sistema, la tecnología CDMA ( Code Division multiple access ) utiliza una aproximación diferente. Una vez digitalizada la señal, los datos se dispersan por todo el ancho de frecuencia. Junto a esta dispersión se asigna el código de identificación a la llamada para que el teléfono del destinatario reciba únicamente el que corresponda y desarrolle la señal. Este sistema permite introducir entre ocho y diez llamadas en la frecuencia en la que el sistema analógico sólo introducía una.