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Conceptos básicos del sistema de comunicaciones celulares

Conceptos básicos del sistema de comunicaciones celulares

Los sistemas celulares se utilizan ampliamente en la actualidad y la tecnología celular debe ofrecer un uso muy eficiente del espectro de frecuencias disponible. Con miles de millones de teléfonos móviles en uso en todo el mundo hoy en día, es necesario reutilizar las frecuencias disponibles muchas veces sin interferencias mutuas de un teléfono celular a otro.

Este concepto de reutilización de frecuencias es el núcleo de la tecnología celular. Sin embargo, la tecnología de infraestructura necesaria para respaldarlo no es simple y requirió una inversión significativa para poner en funcionamiento las primeras redes celulares.

Los primeros esquemas de radioteléfonos utilizaban un solo transmisor central para cubrir un área amplia. Estos sistemas de radioteléfono adolecían del número limitado de canales disponibles.

A menudo, las listas de espera para la conexión eran muchas veces mayores que la cantidad de personas que estaban realmente conectadas. En vista de estas limitaciones, esta forma de tecnología de comunicaciones por radio no despegó a lo grande. El equipo era grande y estos sistemas de comunicaciones por radio no eran cómodos de usar o transportar.

La necesidad de un sistema de espectro eficiente

Para ilustrar la necesidad de un uso eficiente del espectro para un sistema de comunicaciones por radio, tome el ejemplo en el que a cada usuario se le asigna un canal. Aunque ahora se utilizan sistemas más eficaces, el ejemplo tomará el caso de un sistema analógico. Cada canal debe tener un ancho de banda de alrededor de 25 kHz para permitir que se transmita una calidad de audio suficiente, además de permitir que haya una banda de protección entre las señales adyacentes para garantizar que no haya niveles indebidos de interferencia. Usando este concepto solo es posible acomodar a 40 usuarios en una banda de frecuencia de 1 MHz de ancho. Incluso si se asignaron 100 MHz al sistema, esto solo permitiría que 4000 usuarios tuvieran acceso al sistema. Hoy en día, los sistemas celulares tienen millones de suscriptores y, por lo tanto, se necesita un método mucho más eficiente para utilizar el espectro disponible.


Sistema de celdas para reutilización de frecuencias

El método que se emplea es permitir la reutilización de las frecuencias. Cualquier transmisor de radio solo tendrá un área de cobertura determinada. Más allá de esto, el nivel de la señal caerá a un límite por debajo del cual no se puede usar y no causará una interferencia significativa a los usuarios asociados con un transmisor de radio diferente. Esto significa que es posible reutilizar un canal una vez fuera del alcance del transmisor de radio. Lo mismo también es cierto en la dirección inversa para el receptor, donde solo podrá recibir señales en un rango determinado. De esta manera, es posible organizar un área dividida en varias regiones más pequeñas, cada una cubierta por una estación transmisora ​​/ receptora diferente.

Estas regiones se conocen convenientemente como células y dan lugar al nombre de una tecnología "celular" que se utiliza en la actualidad. En forma de diagrama, estas celdas a menudo se muestran como formas hexagonales que encajan convenientemente. En realidad, este no es el caso. Tienen límites irregulares debido al terreno por el que viajan. Colinas, edificios y otros objetos hacen que la señal se atenúe y disminuya de manera diferente en cada dirección.

También es muy difícil definir el borde exacto de una celda. La intensidad de la señal se reduce gradualmente y hacia el límite del rendimiento de la celda caerá. Como los propios móviles tendrán diferentes niveles de sensibilidad, esto añade un mayor gris al borde de la celda. Por lo tanto, nunca es posible tener un corte brusco entre celdas. En algunas áreas pueden superponerse, mientras que en otras habrá un "agujero" en la cobertura.

Grupos de células

Al diseñar la tecnología de infraestructura de un sistema celular, la interferencia entre canales adyacentes se reduce asignando diferentes bandas de frecuencia o canales a las celdas adyacentes para que su cobertura pueda superponerse ligeramente sin causar interferencia. De esta forma, las células se pueden agrupar en lo que se denomina grupo.

A menudo, estos grupos contienen siete celdas, pero también son posibles otras configuraciones. Siete es un número conveniente, pero hay una serie de requisitos contradictorios que deben equilibrarse al elegir la cantidad de celdas en un grupo para un sistema celular:

  • Limitar los niveles de interferencia
  • Número de canales que se pueden asignar a cada sitio celular

Es necesario limitar la interferencia entre celdas que tienen la misma frecuencia. La topología de la configuración de la celda tiene un gran impacto en esto. Cuanto mayor sea el número de células en el grupo, mayor será la distancia entre las células que comparten las mismas frecuencias.

En el mundo ideal, sería bueno elegir una gran cantidad de celdas para cada grupo. Desafortunadamente, solo hay un número limitado de canales disponibles. Esto significa que cuanto mayor es el número de celdas en un grupo, menor es el número disponible para cada celda, y esto reduce la capacidad.

Esto significa que debe establecerse un equilibrio entre el número de células en un grupo, los niveles de interferencia y la capacidad que se requiere.

Tamaño de celda

Aunque la cantidad de celdas en un grupo en un sistema celular puede ayudar a regular la cantidad de usuarios que se pueden acomodar, al hacer que todas las celdas sean más pequeñas, es posible aumentar la capacidad general del sistema celular. Sin embargo, se requiere un mayor número de transmisores, receptores o estaciones base si las celdas se hacen más pequeñas y esto aumenta el costo para el operador. En consecuencia, en las áreas donde hay más usuarios, se instalan pequeñas estaciones base de baja potencia.

Los diferentes tipos de células reciben diferentes nombres según su tamaño y función:

  • Macrocélulas: Las macrocélulas son celdas grandes que generalmente se usan para áreas remotas o escasamente pobladas. Estos pueden tener 10 km o posiblemente más de diámetro.
  • Microcélulas: Las microcélulas son aquellas que se encuentran normalmente en áreas densamente pobladas que pueden tener un diámetro de alrededor de 1 km.
  • Células pico: Las picocélulas se utilizan generalmente para cubrir áreas muy pequeñas, como áreas particulares de edificios, o posiblemente túneles donde no es posible la cobertura desde una celda más grande en el sistema celular. Obviamente, para las celdas pequeñas, los niveles de potencia utilizados por las estaciones base son mucho más bajos y las antenas no están en posición de cubrir áreas amplias. De esta forma se minimiza la cobertura y se reduce la interferencia a las celdas adyacentes.
  • Celdas selectivas: A veces, las células denominadas células selectivas se pueden utilizar cuando no se requiere una cobertura completa de 360 ​​grados. Se pueden utilizar para rellenar un agujero en la cobertura del sistema celular o para abordar un problema como la entrada a un túnel, etc.
  • Células paraguas: Otro tipo de celda conocida como celda paraguas se usa a veces en casos como aquellos en los que una carretera muy transitada cruza un área donde hay microcélulas. En circunstancias normales, esto daría lugar a un gran número de traspasos, ya que las personas que circulaban por la carretera cruzarían rápidamente las microcélulas. Una celda paraguas abarcaría la cobertura de las microcélulas (pero usaría canales diferentes a los asignados a las microcélulas). Sin embargo, permitiría que las personas que se desplazan por la carretera sean manejadas por la celda paraguas y experimenten menos traspasos que si tuvieran que pasar de una microcélula a la siguiente.

Tecnología de infraestructura

Aunque las ilustraciones utilizadas aquí para describir la tecnología de infraestructura básica utilizada para los sistemas celulares se refieren a los sistemas originales de primera generación, sirven para proporcionar una descripción general de los conceptos celulares básicos que forman las piedras angulares de la tecnología celular actual. Se están utilizando nuevas técnicas, pero los conceptos básicos empleados todavía están en uso.

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