Telefonía Móvil (por Ginés Hidalgo)

Historia:





En el medio de cada misión, escondido tras una caja de cartón, el súper-agente 86 Maxwell Smart se descalzaba y su zapato se convertía en un teléfono. El zapatófono fue el 1er teléfono móvil famoso, aunque no era real.



El teléfono es inventado por el médico italiano Antonio Meucci hacia 1850 en Cuba, mientras trabajaba con enfermos reumáticos, a los que aplicaba pequeñas descargas eléctricas para paliar el dolor, descubrió que la transformación de las vibraciones sonoras en impulsos eléctricos permitía transmitir la voz a distancia, a través de un cable. Así descubre la posibilidad de transmitir audio a través de las vibraciones electromagnéticas, y es entonces cuando desarrolla su “teletrófono”. Sin embargo, al no disponer de fondos suficientes, Alexander Graham Bell acaba patentando el teléfono.

Hacia los mismos años nace la comunicación inalámbrica por ondas de frecuencia. El italiano Guglielmo Marconi desarrolla la radio sobre 17 patentes tecnológicas del austro-húngaro Nikola Tesla. Tesla usó sus conocimientos y patentes de radio para construir un barco teledirigido con la idea de incorporar su desarrollo a los torpedos y otros ingenios relacionados con la robótica. Hay, pues, un conflicto de patentes que la Justicia resuelve a favor de Tesla (después de su muerte), aunque popularmente (como con Bell) se considere a Marconi como el inventor.

Los radio-teléfonos son el antecedente de los móviles. Utilizaban una antena a la que enviaban el mensaje y desde allí se distribuía. Sin embargo, cuando se alejaba, se quedaba sin conexión. La empresa AT&T propone un modelo de comunicación móvil. En vez de una antena central, se propone un esquema de células base. Cuando el equipo se desplaza saliéndose del radio de influencia, cambia a la célula siguiente.

El 3 de abril de 1973, Martin Cooper (gerente de la división I+D de Motorola), antes de dar una conferencia en Nueva York, llama a Joel Ebgel (su par en la competidora Bell Labs) para demostrarle que había ganado la carrera en la invención del móvil con “el ladrillo” (el DynaTAC 8000x).
En 1977 AT&T y Bell Labs construyen un prototipo de comunicación móvil. El 1er teléfono móvil es de 1983, el mencionado DynaTAC 8000X; de 780g, dimensiones 330x45x89 y un valor inicial de 3.995$. Una vez comprobado que el sistema funcionaba, Ameritech saca el primer sistema analógico de telefonía móvil de uso comercial, había comenzado la 1ª Generación (1G).


Entre finales de los 80 y primeros de los 90 se amplían las radiosfrecuencias, se utilizan tecnologías alternativas en la banda de los 800 MHz, se estudian y desarrollan distintos estándares de comunicación y surgen los móviles de 2ª Generación (2G), que ahora son digitales. La tecnología 2G es incrementada y se pasa a la 2.5G, en la cual se incluyen nuevos servicios como el EMS y el MMS. En 2001 se lanza en Japón la tecnología 3G (de 3ª Generación), que comenzó a distribuirse comercialmente en 2003. La principal novedad es la 2ª cámara que permite realizar videollamadas. Se espera que para los próximos años la velocidad se aumente (actualmente 3’445 Kbps).






Conexión entre la red de comunicaciones y los móviles:

La telefonía móvil está formada básicamente por 2 grandes partes: una red de comunicaciones (o red de telefonía móvil) y los terminales (o teléfonos móviles).

  • La red de telefonía móvil consiste en un sistema telefónico en el que, mediante la combinación de una red de estaciones transmisoras-receptoras de radio (estaciones base) y una serie de centrales telefónicas, se posibilita la comunicación entre los teléfonos móviles o entre móviles y teléfonos fijos. Básicamente existen dos tipos de redes de telefonía móvil:
    • La red analógica: se realiza mediante señales vocales analógicas. En su primera versión funcionó en la banda de radiofrecuencia de los 450 MHz, trabajando posteriormente en la de 900 MHz. En España fue retirada de servicio al entrar 2004, entrando en la red digital.
    • La red digital: la comunicación se realiza mediante señales digitales, lo que permite optimizar tanto el aprovechamiento de las bandas como la calidad de transmisión. Su exponente más usado es el estándar GSM y su 3ª generación, UMTS. Funciona en las bandas de 850/900 y 1800/1900 MHz. En el ámbito privado y de servicios de emergencias se utilizan los estándares Tetrapol y TErrestrial Trunked RAdio (TETRA) en diferentes bandas.
  • El móvil es un dispositivo de comunicación electrónico con las mismas capacidades básicas de un teléfono fijo, pero, además, es inalámbrico. Las estaciones base, que enlazan por radio los móviles con los controladores de estas estaciones, están dispuestas en forma de una malla, formando células o celdas (como un panal de abejas). Así, cada estación base está situada en un nudo de estas células y tiene asignado un grupo de frecuencias de transmisión y recepción propio. Como el número de frecuencias es limitado, con esta disposición es posible reutilizar las mismas frecuencias en otras células, siempre que no sean adyacentes, para evitar interferencias.
“Móvil” es la denominación generalizada en España, mientras que “celular” la de Hispanoamérica. A pesar de que se le puede llamar de ambas formas, sería más apropiado “celular” (por el párrafo anterior), ya que un teléfono inalámbrico también es, en sentido estricto de la palabra, un móvil.





Funcionamiento:


En Internet se pueden ver vídeos donde se realizan falsos experimentos como freír palomitas o cocer huevos con móviles. Estas leyendas urbanas surgen porque este aparato usa ondas microondas. Si se ve el interior de un microondas, se ve que es una caja metálica con agujeros en la puerta de aproximadamente un milímetro de diámetro. Si se introduce una radio y se cierra la puerta no se oye (igual que con el papel de aluminio), sin embargo, el móvil sí mantiene la cobertura. Esto es debido a que una onda no puede atravesar un agujero si éste es del mismo orden de magnitud o menor que su longitud de onda (fenómeno de la difracción*). El tamaño de los agujeros de las puertas de los microondas es del orden de magnitud de la longitud de onda de las microondas que se utilizan para cocinar los alimentos (12,5 cm) para que éstas no puedan salir fuera de la caja del aparato. No debería ser peligroso pasearse cerca de un microondas en funcionamiento, porque (al estar la puerta bien cerrada) todas las ondas se quedan dentro.

La única diferencia entre un teléfono fijo y 1 móvil es que el 1º establece una comunicación directa a través de un cable. Cuando vemos esas imágenes antiguas en las que una fila de tele-operadoras enchufan clavijas a máxima velocidad, lo que hacen es conectar el aparato que realiza la llamada con el que la recibe a través de un cable. El proceso que sigue una llamada desde una cabinas es:

  1. El micrófono transforma la voz, a través del cable de la cabina, en un impulso eléctrico.
  2. Éste llega a una centralita, de donde entra en un anillo de fibra óptica de una operadora telefónica, se cruza con miles de llamadas, y sale en otro cable hacia el continente receptor (puede incluso ser submarino).
  3. Llega a la centralita receptora, que lo envía hasta el lugar donde se encuentra el receptor.
  4. Gracias al auricular, el impulso eléctrico se retransforma en sonido. Un supuesto bichito podría realizar el viaje completo por el interior de estos cables.


Un móvil prescinde del cable únicamente en la primera y última parte de este recorrido:
  1. El micrófono transforma la voz en un impulso eléctrico que viaja hasta la antena.
  2. Aquí se convierte en una onda electromagnética, que viaja por el aire hasta otra antena situada en lo alto de un edificio.
  3. Ahora es transformada en un impulso eléctrico, que será transmitido a través de un cable (igual que con un fijo) hasta llegar a otra antena cerca del móvil receptor.
  4. El proceso se invierte para que la voz se escuche por el auricular de dicho móvil.

M. Faraday descubrió que en un objeto metálico toda la carga eléctrica se concentrará en su superficie, independientemente del interior. En muchos espectáculos se usa este principio e introducen a varias personas dentro de una jaula metálica* soltándoles descargas. Estarán seguros mientras no salgan de la jaula. Esto ocurre cuando llega un campo electromagnético a un objeto metálico. Así pues, si envolvemos un móvil en papel de aluminio, se queda sin cobertura porque las ondas electromagnéticas se quedan en la superficie del papel.

Estas ondas electromagnéticas son microondas, pero su frecuencia es muy diferente a la de las que se utilizan para calentar la comida, por lo que no valen para cocer o freír. Sin embargo, sí hay una similitud. Si se introdujera una bola de papel de aluminio en un horno (constatar que podría estropearlo), veríamos que saltan chispas entre los pliegues de la bola porque la onda electromagnética que produce el horno hace vibrar los electrones del aluminio, concentrándolos en las puntas de los pliegues de la bola, y provocando las chispas. También se pueden producir chispas por las microondas de un móvil, que al estar cerca de un gas inflamable podrían provocar una explosión (por esto está prohibido usar los móviles en las gasolineras).

Cuando se enciende un móvil, éste se comunica con la antena más cercana y le indica que está operativo. Esta información pasa a una base de datos en la que se almacena su número y ubicación. Así, cuando se llama, la llamada pasa por esa base de datos: si no encuentra el número marcado indicará que no está operativo, y si lo encuentra enviará la llamada a la antena más cercana a dicho móvil.
Se coge un móvil, un reproductor mp3 y se monta en un autobús. Al encender el móvil se escuchará en los auriculares interferencias unos segundos. En este 1er momento, cuando el aparato se está identificando, es cuando más intensidad tiene la emisión de la señal, por lo que se producen más interferencias. Ocurre lo mismo al realizar una llamada hasta que queda establecida. Después, durante la conversación, la señal se emite con menos intensidad y las interferencias desaparecen. Pero en el autobús, habrá momentos en los que se escucharán las interferencias y, si se repite el trayecto, se verá que se producen en las mismas zonas.

El móvil está continuamente recibiendo una señal de la antena más cercana, que nos marca cuánta cobertura tiene. Cuando nos desplazamos, nos acercamos a otra antena y en un momento su señal será más potente que la anterior, por lo que nuestro teléfono cambiará de antena. En este nuevo proceso de identificación se volverán a producir interferencias.
Si se trazara en un mapa de la ciudad un círculo alrededor de cada antena de telefonía, se vería una especie de panal de abeja, en el que cada celdilla representa el área de influencia de la antena que está en su centro. Cuando se escucha esas interferencias es porque se está cambiando de celda. Si se va muy rápido, esta transición puede ser tan rápida que se perderá la comunicación temporalmente (suficiente para cortar la llamada).

Este sistema es muy similar al de la radio digital. Si se recorre una distancia larga con la misma emisora, cada cierto tiempo se producirá un salto en la emisión y habrá un cambio en la frecuencia. Esto será porque se ha cambiado de celda. Si la carretera recorre justo el límite entre dos antenas esta situación se repetirá constantemente.

Y aquí un esquema simplificado de esta información.

Si el móvil avisa a la antena más próxima, entonces esta antena conoce su ubicación. Si la antena la conoce, la operadora a la que pertenezca también podría ver su ubicación. Esto quiere decir que se está localizado siempre que se tenga el móvil encendido. Esto es algo que muchas veces se ha visto en series o películas de policías, como por ejemplo "Sin Rastro" o "C.S.I.".



*Jaula de Faraday

El efecto jaula de Faraday, descubierto por Michael Faraday, provoca que el campo electromagnético en el interior de un conductor en equilibrio sea nulo, anulando los campos externos. Esto se debe a que, cuando el conductor está sujeto a un campo electromagnético externo, se polariza, quedando cargado positivamente en la dirección en que va dicho campo, y negativamente en la contraria. Puesto que el conductor se ha polarizado, genera un campo eléctrico igual en magnitud pero opuesto en sentido al mencionado campo, luego la suma de ambos campos dentro será 0.

Se pone de manifiesto en numerosas situaciones cotidianas, como el mal funcionamiento de los móviles en el interior de ascensores o edificios con estructura de rejilla de acero. Una manera de comprobarlo es con una radio sintonizada en una emisora de Onda Media. Al rodearla con papel de aluminio, deja de emitir sonidos (el aluminio es un conductor eléctrico que provoca el efecto jaula de Faraday).

Este fenómeno tiene una aplicación importante en aeronáutica o en la protección de equipos electrónicos delicados situados en cumbres de montañas y expuestos a las perturbaciones electromagnéticas de las tormentas
.


*La difracción

La difracción es la desviación que sufre una onda, sin cambiar de medio, cuando se encuentra con un obstáculo de sus dimensiones. Este fenómeno contradice la propagación rectilínea de la luz. Se puede observar claramente cuando la onda se encuentra con un obstáculo cuyo tamaño es del mismo orden de magnitud que su longitud de onda. La difracción de la luz no suele ser apreciable a simple vista, sin embargo, la del sonido es muy habitual en la vida cotidiana.






Webgrafía:

Para realizar este trabajo se ha sacado la información de las siguientes páginas webs:
  • Historia:
AprenderGratis.com
DHForo.com
BiografíasYVidas.com
Microsiervos.com

  • Conexión entre la red de comunicaciones y los móviles:
Ibercom.com
  • Funcionamiento (y Jaula de Faraday):
CaosYCiencia
Wikipedia.com

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Teléfono móvil: por qué no sirve para cocer un huevo