¿Cómo funciona el teléfono celular?

Hoy en día los celulares poseen una increíble cantidad de funciones y cada día aparecen nuevos modelos cada vez más sofisticados. Dependiendo del modelo del celular, usted puede:

• Almacenar información de sus contactos.
• Hacer listas de tareas y quehaceres.
• Usar la calculadora incorporada para operaciones matemáticas básicas.
• Enviar y recibir mensajes de correo electrónico.
• Navegar y obtener información variada desde Internet.
• Jugar juegos

• Ver televisión
• Enviar mensajes de texto
• Tomar fotografías
• Integrar otros dispositivos como agendas electrónicas, reproductores de MP3 y receptores GPS.

Pero más de alguna vez usted se habrá preguntado, ¿cómo funciona un teléfono celular?, ¿qué lo hace diferente de un teléfono normal?. Les dare una reseña del sistema celular en telefonía, de modo que comprendamos en forma más o menos general cómo funciona esta maravilla tecnológica y por qué recibe el nombre que tiene.

Para empezar, una de las cosas más esenciales que debemos saber acerca de un teléfono celular es que en realidad es una radio, una radio extremadamente sofisticada, pero una radio al fin y al cabo. El teléfono fue inventado por Alexander Graham. Bell en 1876, y la comunicación inalámbrica tiene sus raíces en la invención de la radio por Nikolai Tesla en los años 1880 (formalmente presentado en 1894 por un joven italiano llamado Guglielmo Marconi). Era natural que estas dos grandes tecnologías serían tarde o temprano combinadas.

Frecuencias de los teléfonos celulares

En las épocas oscuras antes de los celulares, las personas que necesitaban comunicación móvil instalaban teléfonos por radio en sus autos. En el sistema de teléfono por radio, había una antena central en cada ciudad y quizás unos 25 canales disponibles en cada antena. Esta antena central obligaba a que el teléfono instalado en el auto poseyera un transmisor muy poderoso, lo suficientemente grande para transmitir a unos 70 km. Esto también significaba que no muchas personas podían usar teléfonos por radio pues no habían suficientes canales.

Lo espectacular del sistema celular es que divide la ciudad en células (celdas). Esto permite el uso de diferentes frecuencias que se extienden a través de la ciudad, de modo que millones de personas puedan usar el celular simultáneamente.

Para comprender fácilmente la sofisticación del teléfono celular lo vamos a comparar con una radio de banda ciudadana (CB) que es el tipo de radio que usan radioaficionados y servicios de taxis y también lo vamos a comparar con un walkie-talkie.

• Full-duplex versus Half-Duplex – Las radios CB y los walkie-talkies son dispositivos half-duplex. Esto significa que dos personas comunicándose por alguno de estos aparatos usan la misma frecuencia lo que se traduce en que puede hablar una sola persona a la vez. El teléfono celular es un dispositivo full-duplex. Esto significa que usted usa una frecuencia para hablar y una segunda frecuencia separada para escuchar. Ambas personas en la llamada pueden hablar simultáneamente.

• Canales – Un walkie-talkie normalmente tiene 1 canal y una radio CB tiene 40 canales. Un teléfono celular promedio puede comunicar a través de 1.664 canales o más.

• Rango – Un walkie-talkie puede transmitir en un radio de alrededor de 1,6 km. usando un transmisor de 0,25 watts. Una radio CB, debido a que tiene una mayor potencia, puede transmitir en un radio de 8 km. aproximadamente usando un transmisor de 5 watts.

Los celulares operan dentro de células (divisiones territoriales dentro de la región), y pueden cambiarse de una a otra a medida que se desplazan. Las células le dan al teléfono celular un rango de transmisión increíble. Alguien usando un celular puede conducir cientos de kilómetros y mantener una conversación fluida todo el trayecto gracias al sistema de células. Las empresas que operan la transmisión conocidos como “carrier” dividen la ciudad o la región en células (celdas). Cada célula es de unos 26 km2 y normalmente tienen forma de hexágono dentro de una gran grilla hexagonal cual panal de abejas como esta:

Debido a que los equipos celulares y las estaciones base usan transmisores de baja potencia, las mismas frecuencias pueden ser usadas en células no adyacentes. Las dos células azules pueden usar la misma frecuencia.

Cada célula tiene una estación base que consiste en una torre y un pequeño habitáculo que contiene el equipamiento de radio. Los teléfonos celulares tienen un transmisor de baja potencia dentro de ellos. La base de transmisión también funciona con baja potencia. La transmisión con baja potencia tiene algunas ventajas, entre ellas el bajo consumo de energía permite que el dispositivo sea normalmente operado con baterías. Poca energía significa baterías pequeñas, y esto es lo que hace posible que el celular sea altamente portátil. El sistema celular requiere un gran número de estaciones base en una ciudad o región. Una ciudad grande puede tener cientos de torres. Pero debido a que mucha gente usa teléfono celular, el costo por usuario se reduce. Los carriers en cada ciudad también mantienen una oficina central que maneja todas las conexiones telefónicas hacia el sistema telefónico fijo y controla todas las estaciones de base de la región.

Códigos del teléfono celular 

Todos los celulares tienen códigos especiales asociados a ellos. Estos códigos son usados para identificar el teléfono, al propietario y al proveedor del servicio.Supongamos que usted tiene un teléfono celular, lo prende y alguien trata de llamarlo. Esto es lo que pasa con la llamada:

• Cuando usted enciende el teléfono, éste busca una señal denominada SID (System Identification Code) en el canal de control. El canal de control es una frecuencia especial que el teléfono y la estación base usan para comunicarse entre ellos en lo que se refiere a configuración de llamadas y cambios de canal. Si el teléfono no puede encontrar la señal SID de un canal de control, entonces lo interpreta como que está fuera de rango y muestra en la pantalla un mensaje que indica que está sin servicio o fuera del área de cobertura.

• Cuando logra encontrar una señal SID, el teléfono la compara con el SID programado dentro de él. Si las señales coinciden, el teléfono sabe que la célula con la que se está comunicando, forma parte de su sistema local.

• Aparte de la señal SID, el teléfono también transmite un requerimiento de registro, esta señal es recibida por la oficina central la cual mantiene el seguimiento de la ubicación de su teléfono en una base de datos, de esta manera la central sabe en qué célula se localiza usted cuando quiere hacer sonar su teléfono.

• La central recibe la llamada, y trata de encontrarle, remitiéndose a la base de datos para ver en que célula se encuentra usted.

• La central coge un par de frecuencias que use su teléfono en esa célula para tomar la llamada.

• La central se comunica con su teléfono a través del canal de control para decirle qué frecuencia debe usar, y una vez que el teléfono y la torre compatibilizan esas frecuencias, la llamada es conectada. Ahora usted está hablando con la otra persona por una radio de dos vías.

• A medida que usted se mueve hacia el borde de su célula, la estación de base de su célula nota que la fuerza de la señal está disminuyendo. Por otro lado, la estación de base de la célula hacia la que se está moviendo (que está percibiendo y dimensionando la fuerza de la señal en todas las frecuencias) nota que la fuerza de la señal de su teléfono está aumentando. Las dos estaciones base se coordinan mutuamente a través de la central, y en algún punto, su teléfono obtiene una señal en un canal de control diciéndole que debe cambiar de frecuencia. Este “relevo” cambia su teléfono a la nueva célula.

A medida que el celular se desplaza junto con su auto la señal se va traspasando de una célula a otra.

Ahora, supongamos que usted está usando el teléfono y se desplaza de una célula a otra, pero la célula en la que está entrando está cubierta por otro proveedor del servicio diferente al suyo, en lugar de perder la llamada, será traspasada al otro proveedor. Si la señal SID en el canal de control de la nueva célula no coincide con la señal SID programada en su teléfono entonces el teléfono lo interpreta como que está “deambulando”. La central de la célula en la que está deambulando se contacta con la central de su sistema local, la cual chequea su base de datos para confirmar que el SID del teléfono que usted está usando es válido. Su sistema local verifica su teléfono a la central local, la cual rastrea su teléfono a medida que se mueve en su célula. Y lo asombroso de todo esto es que todo sucede en fracciones de segundo.

Ahora veamos la evolución del teléfono celular.

Teléfono celular análogo

 

En 1983 aparece por primera vez en los Estados Unidos el teléfono celular estándar llamado AMPS (Advanced Mobile Phone System). AMPS también conocido como teléfono celular de primera generación, usa un rango de frecuencia de entre 824 megahertz (MHz) y 894 MHz. Este sistema utiliza un par de frecuencias (una para transmitir y otra para recibir) para crear un canal. Las frecuencias usadas en los canales de voz análoga son normalmente de 30 kHz (kilohertzio = mil ciclos por segundo). 30 kHz fue elegido como la medida estándar porque entrega una calidad de voz comparable al teléfono fijo. Los teléfonos celulares análogos sólo operan en una banda de 800 Mhz y no ofrecen muchos de las características comunes en servicios de celulares digitales como correo electrónico y navegación por Internet.

Teléfono celular digital

 

Los teléfonos celulares digitales pertenecen a la segunda generación de la tecnología celular. Usan la misma tecnología de radio que usan los celulares análogos, pero la usan de manera distinta. El sistema análogo no utiliza completamente la señal entre el teléfono y la red celular, las señales análogas no pueden ser comprimidas ni manipuladas con facilidad como lo son las señales digitales, por lo que estas últimas pueden encajar en muchos canales dentro de un ancho de banda determinado. Es asombroso cuanto más eficiente el sistema digital puede ser. Los teléfonos digitales convierten su voz en información binaria (1s y 0s) y luego la comprimen. Esta compresión da lugar a que entre 3 y 10 llamadas de celular digital ocupen el espacio de 1 llamada análoga.

Espere pronto el Curso de reparación de celulares.