Básicamente, cuando realizamos una llamada o navegamos por internet desde el móvil, éste se comunicará inicialmente con la estación base más cercana (comúnmente conocida como antena) y de allí nos remitirá al núcleo de la red, que será el encargado de identificarnos y establecer la llamada o conectarnos a internet.
Para llevar a cabo este proceso, entran en juego diferentes partes de la red que vamos a diseccionar para conocer cómo funcionan las redes móviles en general y qué es lo que ha cambiado tras cada evolución de generación móvil desde el 1G al 5G.
Cómo se crea cobertura a partir de las estaciones base
Para diseñar las zonas en las que ofrecer cobertura, los operadores dividen el territorio en cuadrículas llamadas celdas o células, y sitúan en cada una de ellas una estación base. En estas estaciones base se encuentran las casetas, con los equipos electrónicos necesarios, baterías que garantizan su funcionamiento y sistemas de refrigeración; los postes y en lo alto, las antenas emisoras y receptoras de las señales de radio.
El número de estaciones base necesarias para una zona quedará definido por el número de usuarios que se vayan a conectar simultáneamente. Para irradiar su cobertura, cada celda utiliza unas determinadas frecuencias de radio, con un ancho de banda limitado, que delimita el número de canales disponibles para las comunicaciones, y del que dependerá el número máximo de dispositivos que pueden conectarse sin interferirse.
Las frecuencias de radio son subastadas por los Gobiernos de cada país y en función del ancho de banda disponible también podrán alcanzarse mayores velocidades de navegación. Además, estas frecuencias están disponibles en diferentes bandas, siendo mayor el alcance y la penetración de cobertura en interiores cuanto más baja es la banda. También será más cara al ser más preciada y por disponer de menor ancho de banda disponible.
Mientras la conexión entre nuestro smartphone y la estación base se establece de manera inalámbrica, la estación base se comunicará con el núcleo de red a través de conexiones de fibra o radioenlaces, para así poder seguir estableciendo con la comunicación, que hasta aquí, sólo ha recorrido sólo una parte del trayecto.
En España, lo habitual ha sido habitual utilizar 900 MHz y 1,8 GHz para 2G, 900 MHz y 2,1 GHz para 3G, y 800 MHz, 1,8, 2,1 y 2,6 GHz para 4G. Para el 5G de momento sólo está en uso en la banda media de 3,5 GHz, y está a la espera de poder disponer de los 700 MHz que serán subastados antes de verano tras haberse pospuesto más de un año debido a la crisis del coronavirus. Para el 5G con velocidades de vértigo, por encima de 20 Gbps, habrá que esperar a la licitación de la banda milimétrica o mmWave, prevista para antes de que finalice 2021.
De los operadores que despliegan red en España, MásMóvil es el único que por el momento no cuenta con espectro radioeléctrico en la banda baja por debajo de los 900 MHz mientras que Movistar, Vodafone y Orange cuentan prácticamente con la misma cantidad de espectro en las bandas bajas y medias.
Los principales suministradores de equipos RAN para el despliegue de los operadores en España son los siguientes:
| Movistar | Vodafone | Orange | MásMóvil/Yoigo | |
|---|---|---|---|---|
| Antenas y equipos de radio | Ericsson y Nokia | Huawei y Ericsson | Ericsson, Huawei, Alcatel y (ZTE en el país Vasco para 5G) | Ericsson, ZTE y Huawei |
El núcleo de red es el verdadero protagonista
Sirviendo las estaciones base prácticamente como intermediarios, la información sensible se ha venido almacenando y gestionando tradicionalmente en el núcleo de red. Este core es el encargado de la autenticación de clientes, del control de las llamadas, la tarificación, contiene las bases de datos de suscriptores y sirve de sistema de soporte a las operaciones (OSS) para la configuración de los elementos de red, su mantenimiento y la gestión de fallas.
Pero dependiendo de la arquitectura de red, que ha comenzado a soportar determinados casos de uso como el Edge computing, la información sensible también la encontraremos en las estaciones base por lo que vetos como el de Huawei han empezado a extenderse a la parte de radio y no sólo al núcleo.
Por ejemplo, en Reino Unido se han limitado la áreas del país donde se puede desplegar equipos radio de Huawei, catalogado como suministrador de alto riesgo, y también se ha restringido el porcentaje máximo de emplazamientos y de tráfico que puede encontrarse bajo un único suministrador de equipos. Y desde EEUU se ha pedido a los gobiernos de la UE que sean ellos quienes extiendan la prohibición a fabricantes chinos para impedir su presencia en todas las partes de la red.
Los equipos y antenas de las estaciones base de momento no han sido objeto de ningún veto por parte de la Unión Europea y la restricción a Huawei se había limitado únicamente al núcleo de red, aunque recientemente,
Cuando realizamos una llamada, el teléfono se conectará a la estación base más cercana, que a su vez se comunicará con el centro de control o MTSO. Después, el núcleo informará a todas estaciones base hasta encontrar al usuario destino y establecerá la conexión. Algo similar ocurrirá a la hora de enrutar el tráfico hacia internet.
En todo momento, las estaciones base implicadas en la comunicación estarán coordinadas a través del MTSO para cambiar de estación base si nos encontramos en movimiento. De manera transparente y sin corte en la comunicación siempre que no se pierda cobertura, el teléfono cambiará la frecuencia para establecer conexión con la estación base más cercana.
Los principales fabricantes involucrados en el desarrollo de los núcleos de red de los operadores que despliegan redes en España son los siguientes:
| Movistar | Vodafone | Orange | MásMóvil/Yoigo | |
|---|---|---|---|---|
| Núcleo de red | Ericsson y Huawei | Ericsson y Huawei | Ericsson y Nokia | Ericsson |
Elementos que han cambiado del 1G al 5G
Cada generación de telefonía móvil ha traído consigo avances de diferente calado en las diferentes capas de la red de comunicaciones. Veamos cómo han sido algunos de los principales.
- La primera generación o 1G utilizaba canales de comunicación analógicos y servía exclusivamente para transmitir voz, con escasa seguridad en las comunicaciones. La arquitectura CS del núcleo de red se basaba en la conmutación de circuitos.
La segunda generación o 2G mejoró la seguridad de las comunicaciones al utilizar protocolos digitales cifrados, siendo el GSM (Sistema Global de comunicaciones móbiles) el más extendido. La arquitectura CS + PS del núcleo de red se basa en la conmutación de circuitos y conmutación de paquetes, capaces de transportar voz, SMS y datos.
La tercera generación o 3G llegó en 2004 para aumentar la velocidad de internet como principal ventaja, ayudando a popularizar los primeros pinchos USB. El protocolo elegido por Europa fue el UMTS/HSPA y mantuvo la base del núcleo de red CS + PS que en la generación anterior.
La cuarta generación o 4G se hizo realidad en 2013 para aportar una mayor seguridad a las comunicaciones y una mayor capacidad de las redes, que fuera capaz de asimilar el aumento exponencial del consumo de datos en movilidad. El protocolo utilizado se denominó LTE y el núcleo de red evolucionó a EPC, con una arquitectura basada en la conmutación de paquetes, capaz de transportar voz IP, SMS y datos, por lo que las llamadas de voz tradicionales han seguido funcionando a través de redes 3G en la mayoría de casos, debido a que pocos operadores han implementado la voz sobre LTE.
- Para la quinta generación o 5G, el nuevo protocolo se ha denominado New Radio, y el núcleo de red NGCN (Next Generation Core Network) que estará basado en software de red y la nube, y tendrá capacidad de operar sobre hardware de diferentes fabricantes. De momento, el 5G desplegado en varios países de todo el mundo como el de España en 2019, es 5G NSA, es decir, sigue operando sobre el núcleo EPC del LTE. El 5G completo, el 5G SA será el que accederá al núcleo NGCN y por tanto será el que ofrezca todas las garantías de latencias mínimas y máxima velocidad como detallamos en este otro artículo.
Recopilando toda la información anterior, podría resumirse en la siguiente tabla:
| 1G | 2G | 3G | 4G | 5G | |
|---|---|---|---|---|---|
| Espectro: | Banda baja: 900 MHz | Banda baja: 900 MHz | Banda baja: 900 MHz | Banda baja: 800 MHz | Banda baja: 700 MHz |
| Estación base: | BTS | Nodo B | eNodo B | gNodo B | |
| Núcleo de red: | CS | CS + PS | CS + PS | EPC | NGCN |
Imágenes | Freepik antena | Freepik mapa.
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