Redes Celulares

Las redes celulares proporcionan conectividad inalámbrica de área amplia al dividir una región en celdas atendidas por estaciones base y conectarlas a través de una red central, evolucionando de sistemas centrados en la voz a la banda ancha móvil 4G y 5G basada en paquetes que transporta el Internet móvil actual.

Definition

Una red celular es una red inalámbrica de área amplia que divide su área de cobertura en celdas, cada una atendida por una estación base, y conecta estas estaciones base a través de una red central que gestiona la autenticación, la movilidad y la conectividad a redes externas como Internet.

Scope

Este tema cubre la arquitectura y el funcionamiento de las redes de datos celulares: el concepto celular de celdas, estaciones base y reutilización de frecuencias; la organización de la red de acceso de radio y la red central; la evolución desde las generaciones anteriores hasta 4G LTE y 5G, incluyendo el cambio a núcleos conmutados por paquetes totalmente IP; y las capacidades de alto nivel que 5G persigue, como mayor capacidad, menor latencia y densidad masiva de dispositivos. Trata la movilidad y la transferencia (handoff) a un nivel general, dejando la gestión detallada de la movilidad para su propio tema.

Core questions

• ¿Qué es el concepto celular y por qué las áreas de cobertura se dividen en celdas?
• ¿Cómo aumenta la reutilización de frecuencias la capacidad de un sistema celular?
• ¿Cómo se organizan la red de acceso de radio y la red central?
• ¿Cómo han evolucionado las redes celulares de sistemas centrados en la voz a 4G y 5G totalmente IP?
• ¿Qué nuevas capacidades, como la baja latencia y la conectividad masiva, pretende proporcionar 5G?

Key concepts

• celdas y estaciones base
• reutilización de frecuencias
• red de acceso de radio
• red central celular
• 4G LTE
• 5G
• núcleo de paquetes totalmente IP
• banda ancha móvil
• transferencia (handoff) (visión general)

Key theories

El concepto celular y la reutilización de frecuencias

Dividir un área de servicio en celdas y reutilizar las mismas frecuencias en celdas no adyacentes permite que un espectro limitado sirva a muchos usuarios; las celdas más pequeñas aumentan la capacidad a costa de más estaciones base y transferencias (handoffs) más frecuentes.

Separación de la red de acceso de radio y la red central

Los sistemas celulares separan una red de acceso de radio de estaciones base que gestionan el enlace inalámbrico de una red central que autentica a los usuarios, gestiona las sesiones y la movilidad, y enruta el tráfico hacia y desde redes externas, una estructura refinada a lo largo de las generaciones.

Evolución generacional a todo IP

Las redes celulares progresaron desde la voz analógica (1G) a través de la voz digital y datos limitados hasta 4G LTE y 5G conmutados por paquetes y totalmente IP, transportando cada vez más tráfico de Internet e integrándose con las redes IP de extremo a extremo.

Clinical relevance

Las redes celulares proporcionan Internet móvil a miles de millones de dispositivos y son la principal forma de conectividad en gran parte del mundo. La transición a núcleos 4G y 5G totalmente IP integra estrechamente la tecnología celular e Internet, y los objetivos de 5G de baja latencia y densidad masiva de dispositivos sustentan aplicaciones desde video móvil hasta automatización industrial e Internet de las Cosas, haciendo que la arquitectura celular sea central para la planificación de la conectividad moderna.

History

La telefonía celular comenzó con sistemas analógicos 1G, luego digitales 2G (como GSM) que añadieron texto y datos limitados. Los datos por paquetes crecieron a través de 2.5G/3G, y 4G LTE introdujo una arquitectura conmutada por paquetes totalmente IP optimizada para datos. 5G siguió con nuevas tecnologías de radio y un núcleo basado en servicios destinado a un mayor rendimiento, menor latencia y soporte para un gran número de dispositivos conectados.

Key figures

• James F. Kurose
• Keith W. Ross
• Andrew S. Tanenbaum

Seminal works

• kurose2021
• tanenbaum2010

Frequently asked questions

¿Por qué las redes celulares se dividen en celdas?

El espectro es limitado, por lo que un solo transmisor que cubra toda una región podría atender solo a unos pocos usuarios. Dividir el área en celdas, cada una con su propia estación base, y reutilizar las frecuencias en celdas lo suficientemente separadas permite que el mismo espectro sirva a muchos más usuarios simultáneamente, aumentando enormemente la capacidad.

¿Qué diferencia a 5G de 4G?

5G utiliza nuevas tecnologías de radio y un núcleo rediseñado para ofrecer velocidades de datos pico más altas, menor latencia y soporte para muchos más dispositivos simultáneos que 4G. Estas mejoras no solo buscan teléfonos más rápidos, sino también nuevos usos como el control en tiempo real, implementaciones densas de Internet de las Cosas y banda ancha inalámbrica fija.