Comparación de estándares de telefonía móvil

Esta es una comparación de estándares de tecnologías de redes inalámbricas para dispositivos como los 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, con una cuota de mercado de alrededor del 80-85%) y el IS-95 (con una cuota de mercado de alrededor del 10-15%) fueron las dos tecnologías de comunicación móvil 2G más utilizadas en 2007. En 3G, la tecnología más utilizada fue UMTS, seguida de cerca por CDMA-2000.

Todas las tecnologías de acceso por radio tienen que resolver los mismos problemas: dividir el espectro de RF finito entre múltiples usuarios de la forma 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.

• Acceso multiusuario (TDMA) proporciona acceso multiusuario cortando el canal en rebanadas de tiempo secuencial. Cada usuario del canal toma turnos para transmitir y recibir señales. En realidad, sólo una persona está usando el canal en un momento específico. Esto es análogo al tiempo compartido en un servidor de computadora grande.
• El acceso múltiple de frecuencia-división (FDMA) proporciona acceso multiusuario separando las frecuencias usadas. Esto se utiliza en GSM para separar células, que luego utilizan TDMA para separar usuarios dentro de la célula.
• Código-división acceso múltiple (CDMA) Esto utiliza una modulación digital llamada espectro de difusión que difunde los datos de voz sobre un canal muy amplio en forma de seudoprensatez utilizando un código de seudorandad específico de usuario o célula. El receptor deshace la aleatorización para recoger los bits juntos y producir los datos originales. Como los códigos son seudorandom y seleccionados de tal manera que causen interferencia mínima entre sí, varios usuarios pueden hablar al mismo tiempo y múltiples células pueden compartir la misma frecuencia. Esto hace que un ruido de señal añadido obligue a todos los usuarios a utilizar más energía, que a cambio disminuye el rango de celda y la vida de batería.
• El acceso múltiple de frecuencia-división ortogonal (OFDMA) utiliza la agrupación de múltiples bandas de frecuencias pequeñas que son ortogonales unos a otros para proporcionar la separación de usuarios. Los usuarios son multiplexados en el dominio de frecuencias al asignar subgrupos específicos a los usuarios individuales. Esto a menudo se mejora también realizando TDMA y cambiando periódicamente la asignación para que diferentes usuarios obtengan diferentes sub-bandas 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 única sala. La sala representa el ancho de banda disponible:

TDMA: Un altavoz toma turnos hablando con un oyente. El orador habla por poco tiempo y luego se detiene para dejar que otra pareja hable. Nunca hay más de un orador hablando en la habitación, nadie tiene que preocuparse de dos conversaciones mezclando. El inconveniente es que limita el número práctico de discusiones en la sala (sacerdote de ancho).

CDMA: cualquier orador puede hablar en cualquier momento; sin embargo cada uno utiliza un idioma diferente. Cada oyente sólo puede entender el lenguaje de su pareja. Mientras más y más parejas hablan, el ruido de fondo (representando el suelo de ruido) se pone más fuerte, pero debido a la diferencia en idiomas, las conversaciones no se mezclan. El inconveniente es que en algún momento no se puede hablar más fuerte. Después de esto, si el ruido sigue subiendo (más personas se unen a la fiesta/celular) el oyente no puede hacer lo que el conversador está hablando sin acercarse al conversador. En efecto, la cobertura celular CDMA disminuye a medida que aumenta el número de usuarios activos. Esto se llama respiración celular.

• Menos deterioro de señal dentro de los edificios.
• Capacidad para usar repetidores.
• El tiempo de conversación es generalmente más alto en los teléfonos GSM debido a la naturaleza del pulso de la transmisión.
• La disponibilidad de los módulos de identidad de suscriptor permite a los usuarios cambiar las redes y los teléfonos a voluntad, aparte de un bloqueo de subvención.
• El GSM cubre prácticamente todas las partes del mundo, por lo que no es un problema la itinerancia internacional.
• El número mucho mayor de suscriptores a nivel mundial crea un mejor efecto de red para los fabricantes de teléfonos GSM, transportistas y usuarios finales.

• Interfiere con algunos aparatos electrónicos, especialmente ciertos amplificadores de audio.
• La propiedad intelectual se concentra entre unos pocos participantes de la industria, creando barreras para la entrada de nuevos participantes y limitando 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 soporte IP.
• GSM tiene un rango máximo fijo de 120 km, que se impone por limitaciones técnicas. Esto se expande desde el antiguo límite de 35 km.

• La capacidad es el mayor activo de IS-95; puede acomodar a más usuarios por MHz de ancho de banda que cualquier otra tecnología.
• No tiene límite incorporado al número de usuarios concurrentes.
• Usa relojes precisos que no limiten la distancia que una torre puede cubrir.
• Consume menos potencia y cubre grandes áreas por lo que el tamaño celular en IS-95 es mayor.
• Capacidad para producir una llamada razonable con niveles de señal inferior (recepción celular).
• Usa un desvío suave, reduciendo la probabilidad de llamadas caídas.
• Los códigos de voz de frecuencia variable de IS-95 reducen la tasa que se transmite cuando el altavoz no habla, lo que permite que el canal se empaque más eficientemente.
• Tiene un camino bien definido para mayores tasas de datos.

• La mayoría de las tecnologías son patentadas y deben ser licenciadas de Qualcomm.
• Respiración de las estaciones base, donde el área de cobertura disminuye bajo carga. A medida que aumenta el número de suscriptores que utilizan un sitio en particular, el rango de ese sitio disminuye.
• Debido a que las torres IS-95 interfieren entre sí, normalmente se instalan en torres mucho más cortas. Debido a esto, IS-95 no puede funcionar bien en terrenos montañosos.
• USSD, PTT, concatenated/E-sms are not supported by IS-95/CDMA
• IS-95 cubre una porción más pequeña del mundo, y los teléfonos IS-95 generalmente no pueden vagar a nivel internacional.
• Los fabricantes a menudo son vacilantes de liberar dispositivos IS-95 debido al mercado más pequeño, por lo que las características a veces llegan tarde a los dispositivos IS-95.
• Incluso cerraduras de subsidios, los teléfonos CDMA están vinculados por ESN a una red específica, por lo que los teléfonos normalmente no son portátiles 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, a continuación se presenta una comparación de los estándares de Internet inalámbricos móviles y no móviles.

Notas: Todas las velocidades son máximas teóricas y varían en función de diversos factores, entre ellos 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, entre ellas la eficiencia espectral de la tecnología, los tamaños de celda utilizados y la cantidad de espectro disponible.

Para ver más tablas comparativas, consulte las tendencias de progreso de la tasa de bits, la comparación de estándares de telefonía móvil, la tabla de comparación de eficiencia espectral y la tabla de comparación de sistemas OFDM.

• Comparación de los estándares de datos inalámbricos
• Tabla de comparación de eficiencia espectral
• SMS – contiene el contenido de su estandarización