Comparación de estándares de telefonía móvil

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Esta es una comparación de los estándares de los teléfonos móviles . Aproximadamente cada diez años ha aparecido una nueva generación de estándares celulares desde que se introdujeron los sistemas 1G en 1979 y desde principios hasta mediados de la década de 1980.

Problemas

El Sistema Global para Comunicaciones Móviles (GSM, alrededor del 80-85% de cuota de mercado) e IS-95 (alrededor del 10-15% de cuota de mercado) fueron las dos tecnologías de comunicaciones móviles 2G más prevalentes en 2007. ^[1] En 3G, la más frecuente La tecnología era UMTS con CDMA-2000 en estrecha disputa.

Todas las tecnologías de acceso por radio tienen que resolver los mismos problemas: dividir el espectro de RF finito entre múltiples usuarios de la manera más eficiente posible. GSM utiliza TDMA y FDMA para la separación de usuarios y células. UMTS, IS-95 y CDMA-2000 utilizan CDMA . WiMAX y LTE utilizan OFDM .

• El acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) proporciona acceso multiusuario al dividir el canal en porciones de tiempo secuenciales. Cada usuario del canal se turna para transmitir y recibir señales. En realidad, solo una persona está utilizando el canal en un momento específico. Esto es análogo al tiempo compartido en un servidor de computadora grande.
• El acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA) proporciona acceso multiusuario separando las frecuencias utilizadas. Esto se usa en GSM para separar celdas, que luego usan TDMA para separar usuarios dentro de la celda.
• Acceso múltiple por división de código (CDMA) Esto utiliza una modulación digital llamada espectro ensanchado que distribuye los datos de voz sobre un canal muy ancho de manera pseudoaleatoria usando un código pseudoaleatorio específico de usuario o celda. El receptor deshace la aleatorización para recopilar los bits y producir los datos originales. Como los códigos son pseudoaleatorios y se seleccionan de tal manera que provoquen una mínima interferencia entre sí, varios usuarios pueden hablar al mismo tiempo y varias células pueden compartir la misma frecuencia. Esto provoca un ruido de señal adicional que obliga a todos los usuarios a usar más energía, lo que a cambio disminuye el rango de la celda y la vida útil de la batería.
• El acceso múltiple por división de frecuencia ortogonal (OFDMA) utiliza la agrupación de múltiples bandas de frecuencia pequeñas que son ortogonales entre sí para proporcionar separación de usuarios. Los usuarios se multiplexan en el dominio de la frecuencia asignando subbandas específicas a usuarios individuales. Esto a menudo se mejora al realizar también TDMA y cambiar la asignación periódicamente para que diferentes usuarios obtengan diferentes subbandas en diferentes momentos.

En teoría, CDMA, TDMA y FDMA tienen exactamente la misma eficiencia espectral, pero prácticamente, cada uno tiene sus propios desafíos: control de potencia en el caso de CDMA, temporización en el caso de TDMA y generación / filtrado de frecuencia en el caso de FDMA.

Para ver un ejemplo clásico para comprender la diferencia fundamental entre TDMA y CDMA, imagine un cóctel en el que las parejas se conversan en una sola habitación. La habitación representa el ancho de banda disponible:

TDMA: un hablante se turna para hablar con un oyente. El hablante habla por un corto 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 que se mezclen dos conversaciones. El inconveniente es que limita el número práctico de discusiones en la sala (en cuanto al ancho de banda).

CDMA: cualquier locutor puede hablar en cualquier momento; sin embargo, cada uno usa un idioma diferente. Cada oyente solo puede entender el idioma de su pareja. A medida que más y más parejas hablan, el ruido de fondo (que representa el ruido de fondo ) se vuelve más fuerte, pero debido a la diferencia de idiomas, las conversaciones no se mezclan. El inconveniente es que en algún momento no se puede hablar más alto. Después de esto, si el ruido sigue aumentando (más personas se unen a la fiesta / celda), el oyente no puede distinguir de qué está hablando el hablante sin acercarse al hablante. En efecto, la cobertura de células CDMA disminuye a medida que aumenta el número de usuarios activos. A esto se le llama respiración celular.

Tabla comparativa

Generacion	Tecnología	Característica	Codificación	Año de primer uso	Itinerancia	Interoperabilidad de teléfonos	Interferencia común	Área de cobertura / calidad de la señal	Utilización de frecuencia / Densidad de llamadas	Manos libres	Voz y datos al mismo tiempo
1G	FDMA	NMT	Cosa análoga	1981	Nórdicos y varios otros países europeos	Ninguno	Ninguno	Buena cobertura debido a las bajas frecuencias.	Densidad muy baja	Difícil	No
2G	TDMA y FDMA	GSM	Digital	1991	En todo el mundo, todos los países excepto Japón y Corea del Sur	tarjeta SIM	Algunos componentes electrónicos, por ejemplo, amplificadores	Buena cobertura en interiores en 850/900 MHz. Repetidores posibles. Límite duro de 35 km.	Densidad muy baja	Difícil	Sí GPRS Clase A
2G	CDMA	IS-95 (CDMA uno)	Digital	1995	Limitado	Ninguno	Ninguno	Tamaño de celda ilimitado, la baja potencia del transmisor permite celdas grandes	Densidad muy baja	Suave	No
3G	CDMA	IS-2000 (CDMA 2000)	Digital	2000/2002	Limitado	RUIM (rara vez se usa)	Ninguno	Tamaño de celda ilimitado, la baja potencia del transmisor permite celdas grandes	Densidad muy baja	Suave	Sin EVDO / Sí SVDO [2]
3G	W-CDMA	UMTS (3GSM)	Digital	2001	Mundial	tarjeta SIM	Ninguno	Celdas más pequeñas y menor cobertura en interiores en 2100 MHz; cobertura equivalente en interiores y rango superior a GSM en 850/900 MHz.	Densidad muy baja	Suave	Sí [3]
4G	OFDMA	LTE	Digital	2009	Limitado	tarjeta SIM	Ninguno	Las celdas más pequeñas y una menor cobertura en la banda S .	Densidad muy baja	Difícil	No (solo datos) Voz posible a través de VoLTE o respaldo a 2G / 3G
5G	OFDMA	NR	Digital	2018	Limitado	tarjeta SIM	Ninguno	Células densas en ondas milimétricas .	Densidad muy baja	Difícil	No (solo datos) Voz posible a través de VoNR

Compatibilidad de red y estándar

Compatibilidad de red	Estándar o revisión
GSM ( TDMA , 2G )	GSM (1991), GPRS (2000), EDGE (2003)
cdmaOne ( CDMA , 2G )	cdmaOne (1995)
CDMA2000 ( CDMA / TDMA , 3G )	EV-DO (1999), Rev. A (2006), Rev. B (2006), SVDO (2011)
UMTS ( CDMA , 3G )	UMTS (1999), HSDPA (2005), HSUPA (2007), HSPA + (2009)
4G	LTE (2009), LTE avanzado (2011)
5G	NR (2018)

Fortalezas y debilidades de IS-95 y GSM ^[4]

Ventajas de GSM

• Menor deterioro de la señal en el interior de los edificios.
• Posibilidad de utilizar repetidores .
• El tiempo de conversación es generalmente más alto en los teléfonos GSM debido a la naturaleza de pulsos de la transmisión.
• La disponibilidad de los módulos de identidad de suscriptor permite a los usuarios cambiar de red y teléfonos a voluntad, además de un bloqueo de subsidio .
• GSM cubre prácticamente todas las partes del mundo, por lo que el roaming internacional no es un problema.
• El número mucho mayor de suscriptores a nivel mundial crea un mejor efecto de red para los fabricantes de teléfonos GSM, los operadores y los usuarios finales.

Desventajas de GSM

• Interfiere con algunos componentes electrónicos, especialmente ciertos amplificadores de audio.
• La propiedad intelectual se concentra entre unos pocos participantes de la industria, lo que crea barreras de entrada para nuevos participantes y limita la competencia entre los fabricantes de teléfonos. Sin embargo, la situación es peor en sistemas basados ​​en CDMA como IS-95, donde Qualcomm es el principal titular de IP. ^{[ cita requerida ]}
• GSM tiene un alcance fijo máximo de sitio de celda de 120 km, ^[5] que está impuesto por limitaciones técnicas . ^[6] Esto se amplía desde el antiguo límite de 35 km.

Ventajas de IS-95

• La capacidad es el mayor activo de IS-95; puede acomodar más usuarios por MHz de ancho de banda que cualquier otra tecnología.
• No tiene un límite integrado para el número de usuarios simultáneos.
• Utiliza relojes precisos que no limitan la distancia que puede cubrir una torre. ^[7]
• Consume menos energía y cubre grandes áreas, por lo que el tamaño de celda en IS-95 es mayor.
• Capaz de producir una llamada razonable con niveles más bajos de señal (recepción de teléfono celular).
• Utiliza un traspaso suave , lo que reduce la probabilidad de que se caigan las llamadas.
• Los codificadores de voz de velocidad variable del IS-95 reducen la velocidad que se transmite cuando el hablante no está hablando, lo que permite que el canal se empaquete de manera más eficiente.
• Tiene una ruta bien definida hacia velocidades de datos más altas.

Desventajas de IS-95

• La mayoría de las tecnologías están patentadas y deben tener una licencia de Qualcomm .
• Respiración de estaciones base, donde el área de cobertura se reduce bajo carga. A medida que aumenta el número de suscriptores que utilizan un sitio en particular, el alcance 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, es posible que el IS-95 no funcione bien en terrenos montañosos.
• USSD, PTT, concatenados / E-sms no son compatibles con IS-95 / CDMA
• IS-95 cubre una porción más pequeña del mundo, y los teléfonos IS-95 generalmente no pueden moverse internacionalmente.
• Los fabricantes a menudo dudan en lanzar dispositivos IS-95 debido al mercado más pequeño, por lo que las características a veces tardan en llegar a los dispositivos IS-95.
• Incluso salvo bloqueos de subsidios , los teléfonos CDMA están vinculados por ESN a una red específica, por lo que los teléfonos generalmente no son portátiles entre proveedores.

Desarrollo de la cuota de mercado de los estándares móviles

Este gráfico compara las cuotas de mercado de los diferentes estándares móviles.

Suscriptores de teléfonos celulares por tecnología (eje Y izquierdo) y número total de suscriptores a nivel mundial (eje Y derecho)

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) se están eliminando gradualmente.

Comparación de estándares de Internet inalámbrico

Como referencia, se presenta a continuación una comparación de los estándares de Internet inalámbrico móvil y no móvil.

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Comparación de métodos de acceso a Internet móvil

Nombre común	Familia	Uso primario	Tecnología de radio	Aguas abajo (Mbit / s)	Aguas arriba (Mbit / s)	Notas
HSPA +	3GPP	Internet móvil	CDMA / TDMA / FDD MIMO	21 42 84 672	5,8 11,5 22 168	HSPA + está ampliamente implementado . La revisión 11 del 3GPP establece que se espera que HSPA + tenga una capacidad de rendimiento de 672 Mbit / s.
LTE	3GPP	Internet móvil	OFDMA / TDMA / MIMO / SC-FDMA / para LTE-FDD / para LTE-TDD	100 Cat3 150 Cat4 300 Cat5 (en FDD de 20 MHz) [8]	50 Cat3 / 4 75 Cat5 (en FDD de 20 MHz) [8]	Se espera que la actualización de LTE-Advanced ofrezca velocidades máximas de hasta 1 Gbit / s velocidades fijas y 100 Mb / sa los usuarios móviles.
WiMax rel 1	802.16	WirelessMAN	MIMO - SOFDMA	37 (TDD de 10 MHz)	17 (TDD de 10 MHz)	Con 2x2 MIMO. [9]
WiMax rel 1.5	802.16-2009	WirelessMAN	MIMO - SOFDMA	83 (TDD de 20 MHz) 141 (FDD de 2x20 MHz)	46 (TDD de 20 MHz) 138 (FDD de 2x20 MHz)	Con 2x2 MIMO. Mejorado con canales de 20 MHz en 802.16-2009 [9]
WiMAX rel 2.0	El 802.16m	WirelessMAN	MIMO - SOFDMA	2x2 MIMO 110 (20 MHz TDD) 183 (2x20 MHz FDD) 4x4 MIMO 219 (20 MHz TDD) 365 (2x20 MHz FDD)	2x2 MIMO 70 (TDD de 20 MHz) 188 (2x20 MHz FDD) 4x4 MIMO 140 (20 MHz TDD) 376 (2x20 MHz FDD)	Además, los usuarios de baja movilidad pueden agregar varios canales para obtener un rendimiento de descarga de hasta 1 Gbit / s [9].
Flash-OFDM	Flash-OFDM	Movilidad de Internet móvil hasta 200 mph (350 km / h)	Flash-OFDM	5,3 10,6 15,9	1,8 3,6 5,4	Alcance móvil 30 km (18 millas) Alcance extendido 55 km (34 millas)
HIPERMAN	HIPERMAN	Internet móvil	OFDM	56,9
Wifi	802.11 ( 11n )	LAN inalámbrico	OFDM / CSMA / MIMO / Half Duplex	288.8 (usando configuración 4x4 en ancho de banda de 20 MHz) o 600 (usando configuración 4x4 en ancho de banda de 40 MHz)		Las mejoras de la antena , la interfaz de RF y los ajustes menores del temporizador de protocolo han ayudado a implementar redes P2P de largo alcance que comprometen la cobertura radial, el rendimiento y / o la eficiencia del espectro ( 310 km y 382 km )
iBurst	802.20	Internet móvil	HC-SDMA / TDD / MIMO	95	36	Radio de celda: 3 a 12 km Velocidad: 250 km / h Eficiencia espectral: 13 bits / s / Hz / celda Factor de reutilización del espectro: "1"
Evolución EDGE	GSM	Internet móvil	TDMA / FDD	1,6	0,5	Versión 7 de 3GPP
UMTS W-CDMA HSPA ( HSDPA + HSUPA )	UMTS / 3GSM	Internet móvil	CDMA / FDD CDMA / FDD / MIMO	0,384 14,4	0,384 5,76	HSDPA está ampliamente implementado . Tasas típicas de enlace descendente en la actualidad 2 Mbit / s, ~ 200 kbit / s enlace ascendente; Enlace descendente HSPA + hasta 56 Mbit / s.
UMTS-TDD	UMTS / 3GSM	Internet móvil	CDMA / TDD	dieciséis		Velocidades reportadas según IPWireless usando modulación 16QAM similar a HSDPA + HSUPA
EV-DO  Rel. 0 EV-DO Rev.A EV-DO Rev.B	CDMA2000	Internet móvil	CDMA / FDD	2,45 3,1 4,9xN	0,15 1,8 1,8 veces N	Rev B nota: N es el número de portadoras de 1,25 MHz utilizadas. EV-DO no está diseñado para voz y requiere una alternativa a 1xRTT cuando se realiza o se recibe una llamada de voz.

Notas: Todas las velocidades son máximas teóricas y variarán por varios factores, incluido el uso de antenas externas, la distancia desde la torre y la velocidad respecto al suelo (por ejemplo, las comunicaciones en un tren pueden ser más pobres que cuando está parado). Por lo general, el ancho de banda se comparte entre varios terminales. El rendimiento de cada tecnología está determinado por una serie de restricciones, incluida la eficiencia espectral de la tecnología, los tamaños de celda utilizados y la cantidad de espectro disponible. Para obtener más información, consulte Comparación de estándares de datos inalámbricos .

Para obtener más tablas de comparación, consulte las tendencias de progreso de la tasa de bits , la comparación de estándares de teléfonos móviles , la tabla de comparación de eficiencia espectral y la tabla de comparación del sistema OFDM .

Ver también

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

Referencias

1. "Estadísticas de suscriptores finales del primer trimestre de 2007" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 27 de septiembre de 2007 . Consultado el 22 de septiembre de 2007 .
2. "CDMA Development Group anuncia 'SVDO': Maneja llamadas y datos al mismo tiempo" . Wpcentral.com . 18 de agosto de 2009 . Consultado el 30 de julio de 2018 .
3. "La red más grande y confiable del país - AT&T" . Wireless.att.com . Archivado desde el original el 15 de agosto de 2018 . Consultado el 30 de julio de 2018 .
4. "IS-95 (CDMA) y GSM (TDMA)" . Archivado desde el original el 26 de febrero de 2011 . Consultado el 3 de febrero de 2011 .
5. "Copia archivada" . Archivado desde el original el 23 de enero de 2011 . Consultado el 18 de enero de 2011 .
6. "Copia archivada" . Archivado desde el original el 9 de mayo de 2006 . Consultado el 14 de junio de 2006 .
7. "Preguntas frecuentes sobre PCS" . Archivado desde el original el 9 de mayo de 2006.
8. "LTE" . Sitio web 3GPP . 2009 . Consultado el 20 de agosto de 2011 .
9. "WiMAX y el estándar de interfaz aérea IEEE 802.16m" (PDF) . Foro WiMax. 4 de abril de 2010 . Consultado el 7 de febrero de 2012 .