Comparación de estándares de telefonía móvil

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Esta es una comparación de estándares de tecnologías de redes inalámbricas para dispositivos como teléfonos móviles . Una nueva generación de estándares celulares ha aparecido aproximadamente cada diez años desde que se introdujeron los sistemas 1G en 1979 y a principios y mediados de los años 1980.

El Sistema Global para Comunicaciones Móviles (GSM, alrededor del 80-85% de la participación de mercado) y el IS-95 (alrededor del 10-15% de la participación de mercado) fueron las dos tecnologías de comunicación móvil 2G más prevalentes en 2007. ^[1] En 3G, la tecnología más prevalente fue UMTS con CDMA-2000 en estrecha competencia.

Todas las tecnologías de acceso por radio tienen que resolver los mismos problemas: dividir el espectro de RF finito entre múltiples usuarios de la manera más eficiente posible. GSM utiliza TDMA y FDMA para la separación de usuarios y celdas. UMTS, IS-95 y CDMA-2000 utilizan CDMA . WiMAX y LTE utilizan OFDM .

• El acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) proporciona acceso multiusuario dividiendo el canal en porciones de tiempo secuenciales. Cada usuario del canal se turna para transmitir y recibir señales. En realidad, solo una persona está usando el canal en un momento específico. Esto es análogo a la compartición de tiempo en un servidor informático grande.
• El acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA) proporciona acceso multiusuario mediante la separación de las frecuencias utilizadas. Esto se utiliza en GSM para separar celdas, que luego utilizan TDMA para separar a los usuarios dentro de la celda.
• Acceso múltiple por división de código (CDMA) Utiliza una modulación digital denominada espectro disperso que distribuye los datos de voz por un canal muy amplio de forma pseudoaleatoria utilizando un código pseudoaleatorio específico del usuario o de la celda. El receptor deshace la aleatorización para reunir los bits y producir los datos originales. Como los códigos son pseudoaleatorios y se seleccionan de tal manera que causan una interferencia mínima entre sí, varios usuarios pueden hablar al mismo tiempo y varias celdas pueden compartir la misma frecuencia. Esto provoca un ruido de señal adicional que obliga a todos los usuarios a utilizar más energía, lo que a cambio disminuye el alcance de la celda y la duración de la batería.
• El acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal (OFDMA) utiliza la agrupación de múltiples bandas de frecuencia pequeñas que son ortogonales entre sí para proporcionar la separación de los usuarios. Los usuarios se multiplexan en el dominio de frecuencia mediante la asignación de subbandas específicas a usuarios individuales. Esto suele mejorarse mediante la realización de TDMA y el cambio periódico de la asignación para que los distintos usuarios obtengan diferentes subbandas en diferentes momentos.

En teoría, CDMA, TDMA y FDMA tienen exactamente la misma eficiencia espectral, pero en la práctica cada uno tiene sus propios desafíos: control de potencia en el caso de CDMA, sincronización en el caso de TDMA y generación/filtrado de frecuencia en el caso de FDMA.

Para un ejemplo clásico que permita comprender la diferencia fundamental entre TDMA y CDMA, imaginemos una fiesta en la que las parejas están hablando entre sí en una misma sala. La sala representa el ancho de banda disponible:

TDMA: un orador se turna para hablar con un oyente. El orador habla durante un breve período de tiempo y luego se detiene para dejar que otra pareja hable. Nunca hay más de un orador hablando en la sala, nadie tiene que preocuparse de que se mezclen dos conversaciones. El inconveniente es que limita el número práctico de discusiones en la sala (en términos de ancho de banda).

CDMA: cualquier hablante puede hablar en cualquier momento; sin embargo, cada uno utiliza un idioma diferente. Cada oyente solo puede entender el idioma de su interlocutor. A medida que más y más parejas hablan, el ruido de fondo (que representa el nivel de ruido ) se hace más fuerte, pero debido a la diferencia de idiomas, las conversaciones no se mezclan. El inconveniente es que, en algún momento, uno no puede hablar más alto. Después de esto, si el ruido sigue aumentando (más personas se unen a la fiesta/celda), el oyente no puede entender de qué está hablando el hablante sin acercarse a él. En efecto, la cobertura celular CDMA disminuye a medida que aumenta el número de usuarios activos. Esto se llama respiración celular.

^[4]

• Menor deterioro de la señal en el interior de los edificios.
• Capacidad de utilizar repetidores .
• El tiempo de conversación es generalmente mayor en los teléfonos GSM debido a la naturaleza pulsada de la transmisión.
• La disponibilidad de módulos de identidad del suscriptor permite a los usuarios cambiar de red y de teléfono a voluntad, además de un bloqueo de subsidio .
• GSM cubre prácticamente todas las partes del mundo , por lo que el roaming internacional no es un problema.
• El número mucho mayor de suscriptores a nivel mundial crea un mejor efecto de red para los fabricantes de teléfonos móviles GSM, los operadores y los usuarios finales.

• Interfiere con algunos dispositivos electrónicos, especialmente ciertos amplificadores de audio.
• La propiedad intelectual está concentrada en unos pocos participantes de la industria, lo que crea barreras de entrada para nuevos participantes y limita la competencia entre los fabricantes de teléfonos. Sin embargo, la situación es peor en los sistemas basados ​​en CDMA como IS-95, donde Qualcomm es el principal titular de la propiedad intelectual. ^{[ cita requerida ]}
• GSM tiene un alcance máximo fijo de sitio celular de 120 km, ^[5] que es impuesto por limitaciones técnicas . ^[6] Este es un límite ampliado desde el antiguo de 35 km.

• La capacidad es el mayor activo de IS-95; puede alojar más usuarios por MHz de ancho de banda que cualquier otra tecnología.
• No tiene un límite incorporado para la cantidad de usuarios simultáneos.
• Utiliza relojes precisos que no limitan la distancia que puede cubrir una torre. ^[7]
• Consume menos energía y cubre áreas más grandes, por lo que el tamaño de celda en IS-95 es mayor.
• Capaz de producir una llamada razonable con niveles de señal más bajos (recepción de teléfono celular).
• Utiliza transferencia suave , lo que reduce la probabilidad de que se pierdan llamadas.
• Los codificadores de voz de velocidad variable del IS-95 reducen la velocidad que se transmite cuando el hablante no está hablando, lo que permite comprimir el canal de manera más eficiente.
• Tiene un camino bien definido hacia velocidades de datos más altas.

• La mayoría de las tecnologías están patentadas y deben contar con licencia de Qualcomm .
• Respiración de las estaciones base, donde el área de cobertura se reduce bajo carga. A medida que aumenta el número de suscriptores que utilizan un sitio en particular, el alcance de ese sitio disminuye.
• Debido a que las torres IS-95 interfieren entre sí, normalmente se instalan en torres mucho más cortas. Por este motivo, es posible que el IS-95 no funcione bien en terrenos montañosos.
• USSD, PTT, concatenado/E-sms no son compatibles con IS-95/CDMA
• IS-95 cubre una porción más pequeña del mundo y los teléfonos IS-95 generalmente no pueden realizar llamadas internacionales.
• Los fabricantes suelen dudar en lanzar dispositivos IS-95 debido al menor tamaño del mercado, por lo que algunas características a veces tardan en llegar a los dispositivos IS-95.
• Incluso salvo los bloqueos de subsidios , los teléfonos CDMA están vinculados por ESN a una red específica, por lo que los teléfonos normalmente no son transferibles entre proveedores.

Este gráfico compara las cuotas de mercado de los diferentes estándares móviles.

En un mercado de rápido crecimiento, GSM/3GSM (rojo) crece más rápido que el mercado y está ganando participación de mercado, la familia CDMA (azul) crece aproximadamente al mismo ritmo que el mercado, mientras que otras tecnologías (gris) están siendo eliminadas gradualmente.

A modo de referencia, se presenta a continuación una comparación de los estándares de Internet inalámbrico móvil y no móvil.

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Notas: Todas las velocidades son máximas teóricas y varían en función de diversos factores, como el uso de antenas externas, la distancia desde la torre y la velocidad terrestre (por ejemplo, las comunicaciones en un tren pueden ser más deficientes que cuando está parado). Por lo general, el ancho de banda se comparte entre varias terminales. El rendimiento de cada tecnología está determinado por una serie de restricciones, como la eficiencia espectral de la tecnología, los tamaños de celda utilizados y la cantidad de espectro disponible.

Para obtener más tablas de comparación, consulte las tendencias de progreso de la tasa de bits , la comparación de estándares de teléfonos móviles, la tabla de comparación de eficiencia espectral y la tabla de comparación de sistemas OFDM .

• Sistema avanzado de telefonía móvil
• Teléfono del coche
• Comparación de estándares de datos inalámbricos
• Tabla de comparación de eficiencia espectral
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