Panorama de las normas de redes móviles celulares

Torre de radio móvil. Fuente: Andreas Glöckner, Pixabay

Cuando se habla de conectividad celular IoT siempre se tropieza con las abreviaturas 2G, 3G, 4G e incluso 5G. Además, aparecen los términos NB-IoT o LTE-M. A la hora de elegir un estándar de red celular para conectar tus dispositivos con el Internet de las Cosas, ¿a qué debes aspirar? Este artículo pretende ofrecerte una visión general de los estándares actuales de redes móviles celulares.

En la primera parte de nuestra serie de blogs de tres partes sobre la elección de una tecnología de radio adecuada para su proyecto IoT, comparamos los estándares de red con licencia con los de red sin licencia y destacamos los numerosos obstáculos a los que puede enfrentarse al elegir tecnologías sin licencia como LoRa o SigFox. En una primera impresión, las tecnologías sin licencia mantienen su proyecto IoT independiente de terceros operadores de red, pero conllevan mucha más complejidad en términos de implementación y regulación, especialmente cuando planea distribuir su producto en varias regiones del mundo. Llegamos a la conclusión de que los estándares con licencia permiten una implantación más rápida y sencilla, ya que conllevan menos complicaciones en términos de adaptación regional y certificación y, en general, son más fiables y, por tanto, más adecuados para aplicaciones críticas.

Aunque no todas las normas de comunicación celular se diseñaron inicialmente solo para la comunicación entre máquinas, todas pueden utilizarse para dispositivos de la Internet de las cosas. Dependiendo del estándar utilizado, presentan distintas ventajas. Este es nuestro resumen de los estándares de redes móviles celulares del pasado, el presente y el futuro próximo.

Panorama de los estándares celulares disponibles

La G de 2G, 3G, 4G o 5G significa "Generación". La primera generación de una red celular comercial, la 1G, fue desarrollada desde finales de los años 70 e introducida en 1987 por Telstra, un operador australiano. Con una frecuencia de 30 kHz y un ancho de banda de 2 kilobits por segundo (kbps), era una tecnología que venía acompañada de una duración de batería muy pobre, baja calidad de voz y poca seguridad. No sobrevivió mucho tiempo.

2G - El primer estándar digital

La 2G se estableció en 1991 y es el primer estándar digital. Ofrecía una comunicación más fiable y segura. El estándar 2G implementa los conceptos CDMA y GSM:

• CDMA (acceso múltiple por división codificada) permite que varios transmisores envíen información simultáneamente. Básicamente, permite que varios usuarios compartan una banda de frecuencias.

• GSM (Global System for Mobile Communications) es una norma que describe los protocolos de las redes celulares digitales de segunda generación. Desarrollado a principios de los años 90 en Europa, se convirtió en un estándar mundial a mediados de esa década.
  

Las redes 2G introdujeron muchos de los servicios móviles fundamentales que seguimos utilizando hoy en día. Uno de ellos: El servicio de mensajes cortos SMS. El SMS realizaba comunicaciones de máquina a máquina (M2M) mucho antes de que el término "internet de las cosas" hiciera sus rondas. Con "General Packet Radio Service" (GPRS) y "Enhanced Data Rates for GSM Evolution" (EDGE) el estándar 2G se actualizó dos veces a 2,5G y 2,75G mejorando su velocidad máxima a 171 kbps y 384 kbps.

La conectividad 2G es hasta ahora un estándar fiable para conectar dispositivos de bajo ancho de banda con el Internet de las Cosas. Sin embargo, los días de la 2G están contados. Desde que han surgido estándares más nuevos, Telstra fue uno de los primeros operadores en abandonar la 2G en diciembre de 2016. En Europa, la retirada progresiva de la 2G comenzará a finales de 2020.

3G - Introducción de las capacidades multimedia móviles

3G se introdujo en 2003. En su red central utilizaba una nueva arquitectura denominada "Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles" (UMTS). Su principal avance respecto a su predecesor 2G era un ancho de banda significativamente mayor. Esto convirtió a la 3G en el primer "estándar multimedia" móvil. Por primera vez se podían transmitir secuencias de vídeo a través de redes móviles celulares. En 2006, 3G se actualizó a 3,5G con la introducción del protocolo de comunicación High-Speed Downlink Packet Access (HSDPA), que aumentó el ancho de banda de datos de 3G hasta 42 Mbps.

Otra actualización introdujo el estándar "Long Term Evolution" (LTE) que volvió a aumentar la capacidad y velocidad de las comunicaciones móviles. Aunque LTE se ha comercializado como "4G" o "4G LTE", no cumple los criterios técnicos de un servicio inalámbrico 4G "real". Técnicamente, LTE es un "3,9G".

Sin embargo, los días de 3G también están contados. La retirada progresiva ya ha comenzado. A mediados de 2021, Vodafone tiene previsto cerrar sus últimas estaciones 3G en Alemania. Telefónica y Deutsche Telekom también han empezado a retirar estaciones 3G en favor de tecnologías más nuevas.

4G - Alta velocidad y computación ubicua

La cuarta generación 4G se introdujo en 2012. Su principal objetivo es ofrecer comunicaciones de alta velocidad con mayor seguridad para hacer posible la televisión móvil de alta definición, las videoconferencias y la informática omnipresente con anchos de banda de hasta 150 Mbps. Mientras que 4G establece los estándares y las condiciones generales, LTE aporta los fundamentos tecnológicos para cumplir estos estándares. Pero solo el LTE+ mejorado o LTE Advanced cumple los requisitos de 4G.

NB-IoT y LTE-M

En relación con 4G, surgieron dos tecnologías más: NB-IoT y LTE-M. Ambas están diseñadas específicamente para la comunicación máquina a máquina, como se menciona en la primera parte de este artículo. NB en NB-IoT significa Narrow Band (banda estrecha) y utiliza ondas de radio que permiten una cobertura de área especialmente amplia. Al mismo tiempo, pueden penetrar gruesos muros de hormigón y llegar así incluso a rincones remotos de un edificio. NB-IoT está perfectamente diseñada para dispositivos limitados que suelen transmitir pequeños paquetes de datos solo una vez cada hora o cada día , lo que los hace perfectos para funcionar con baterías durante un periodo muy largo. Sin embargo, LTE-M ofrece mayores anchos de banda con menores latencias que NB-IoT, pero con un consumo de energía ligeramente superior.

5G - El estándar del futuro

5G es el último estándar en comunicación celular. Su despliegue mundial acaba de comenzar. Se calcula que en 2023 hasta el 32% de las conexiones móviles de Norteamérica funcionarán con una red 5G. También en Europa el despliegue del 5G está muy avanzado. Con anchos de banda de hasta 1 Gbps, el 5G está diseñado para permitir una comunicación de alta velocidad con grandes capacidades y muy baja latencia, lo que la convierte en la tecnología de comunicación perfecta para aplicaciones de realidad aumentada, juegos, comunicación entre máquinas y dispositivos inteligentes en los que la rapidez de reacción desempeña un papel vital. De momento, la 5G no está pensada para sustituir a su predecesora, la 4G. El funcionamiento en paralelo de ambas tecnologías permitirá servir mayores capacidades y velocidades de red más rápidas en el futuro.

Parte 3

En la tercera parte de nuestra serie de tres blogs sobre estándares de conectividad IoT hablaremos sobre cómo elegir el estándar de red celular óptimo para tu caso de uso y cómo la compatibilidad multimodo garantiza la fiabilidad futura.