📡 Comunicaciones Móviles: De 1G a 4G y su Arquitectura Técnica

Introducción

Las comunicaciones móviles han evolucionado de manera vertiginosa desde los primeros sistemas analógicos hasta las actuales redes de alta velocidad basadas en IP. Comprender esta evolución es clave para opositores de Técnico Superior en Informática (TAI) y profesionales de telecomunicaciones, ya que integra conceptos de arquitectura, protocolos, frecuencias y estándares internacionales.

En este artículo exploraremos la evolución de la telefonía móvil (1G, 2G, 2.5G, 3G, 3.5G, 3.9G y 4G), sus arquitecturas (GSM, UMTS, LTE), los elementos de red (MSC, BSC, BTS, HLR, VLR, SGSN, GGSN, etc.) y las principales tecnologías de acceso (FDMA, TDMA, CDMA, OFDMA).

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📶 1G: Telefonía Analógica

• Ejemplos: NMT-450, AMPS, TACS, ETACS.
• Tecnología: Analógica, acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA).
• Frecuencias: 450-900 MHz.
• Cobertura: Hasta 30 km en zonas rurales.
• Limitaciones: Baja seguridad, poca eficiencia espectral, no interoperable entre países.

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📱 2G: GSM y la digitalización

Con GSM (Global System for Mobile Communications) nace la telefonía digital:

• Acceso: TDMA/FDD, canales de 200 kHz.
• Servicios: Voz digital, SMS, baja velocidad de datos.
• Velocidades: ~9,6 kbps por canal (hasta 13 kbps con codecs).
• Bandas: 890–915 / 935–960 MHz.
• Canales principales:
  • BCCH: difusión de control.
  • RACH: solicitud de acceso.
  • SDCCH: canal dedicado para señalización.
  • TCH: tráfico de voz y datos.

Arquitectura GSM

• BTS (Base Transceiver Station): interfaz radio.
• BSC (Base Station Controller): controla varias BTS.
• MSC (Mobile Switching Center): conmutación de llamadas.
• HLR (Home Location Register): base de datos de abonados.
• VLR (Visitor Location Register): localización temporal de móviles visitantes.
• EIR (Equipment Identity Register): listas de IMEIs (blanca, gris, negra).
• AUC (Authentication Center): seguridad y autenticación.

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📡 2.5G: GPRS y EDGE

La transición hacia datos móviles:

• GPRS (General Packet Radio Service): conmutación de paquetes.
  • Velocidad: 115 kbps (teóricos).
  • Elementos nuevos: SGSN (servicio de datos), GGSN (pasarela a internet).
• EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution):
  • Mejora de modulación.
  • Velocidades hasta 384 kbps.

👉 Aquí aparecen los primeros servicios de navegación móvil mediante WAP (Wireless Application Protocol).

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🌐 3G: UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)

Estándar de la UIT IMT-2000, basado en WCDMA.

• Velocidades: 384 kbps hasta 2 Mbps.
• Nuevos elementos de red (UTRAN):
  • Node B: estación base UMTS.
  • RNC (Radio Network Controller): gestiona recursos de varias estaciones.
• Servicios: videollamadas, datos multimedia, internet móvil real.

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⚡ 3.5G y 3.75G: HSPA / HSPA+

Evolución dentro de UMTS:

• HSDPA (High Speed Downlink Packet Access): hasta 14,4 Mbps.
• HSUPA (High Speed Uplink Packet Access): hasta 5,7 Mbps.
• HSPA+: hasta 168 Mbps gracias a MIMO y modulación 64QAM.

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🚀 4G: LTE (Long Term Evolution)

Supone el salto a una arquitectura todo IP:

• Acceso: OFDMA (downlink) y SC-FDMA (uplink).
• Velocidades: 100 Mbps en movilidad / 1 Gbps en condiciones ideales.
• Latencia: ~10 ms.
• Arquitectura Evolved Packet Core (EPC):
  • eNodeB: sustituye a Node B + RNC.
  • MME (Mobility Management Entity): señalización.
  • SGW (Serving Gateway): encaminamiento de paquetes.
  • PGW (Packet Data Network Gateway): salida a internet.
  • HSS (Home Subscriber Server): base de datos de abonados LTE.
• Bandas: 700 MHz, 1,5 GHz, 2,6 GHz y ondas milimétricas hasta 60 GHz.
• Mejoras clave: carrier aggregation, MIMO masivo, redes IPv6 nativas, baja latencia para streaming y gaming.

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📊 Tabla Comparativa de Tecnologías Móviles

Generación	Acceso	Velocidad teórica	Acceso Radio	Dúplex
1G	FDMA	~2 kbps (voz)	Analógica	FDD
2G GSM	TDMA/FDD	13 kbps voz	Digital	FDD
2.5G GPRS	TDMA	115 kbps	Digital	FDD
2.75G EDGE	TDMA	384 kbps	Digital	FDD
3G UMTS	WCDMA	384 kbps – 2 Mbps	Digital/IP	FDD/TDD
3.5G HSPA	WCDMA	14 Mbps	Digital/IP	FDD/TDD
3.9G HSPA+	WCDMA	168 Mbps	Digital/IP	FDD/TDD
4G LTE	OFDMA/SC-FDMA	100 Mbps – 1 Gbps	IP nativo	FDD/TDD

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⚡ 5G: La revolución de la hiperconectividad

La quinta generación de comunicaciones móviles (5G) supone un cambio disruptivo respecto a LTE, no solo por la velocidad, sino por su enfoque en baja latencia, masificación de dispositivos y servicios críticos.

🔑 Características principales de 5G

• Velocidades:
  • Teóricas: hasta 10 Gbps en descarga.
  • Reales actuales: entre 100 Mbps y 2 Gbps según despliegue.
• Latencia: < 1 ms en condiciones óptimas (clave para automoción, cirugía remota, gaming en la nube).
• Banda ancha mejorada (eMBB): permite streaming 4K/8K, realidad virtual (VR) y aumentada (AR).
• IoT masivo (mMTC): soporta hasta un millón de dispositivos por km².
• Ultra-Reliable Low Latency Communications (URLLC): comunicaciones críticas con fiabilidad del 99,999%.
• Arquitectura basada en servicios (SBA): todo sobre redes IP y virtualización (NFV, SDN).

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🔧 Arquitectura 5G (5G Core + New Radio)

La red 5G se divide en dos grandes bloques:

📡 5G NR (New Radio)

• Nuevas bandas de frecuencia:
  • FR1 (Sub-6 GHz): entre 450 MHz y 6 GHz (ej. 700 MHz, 3,5 GHz).
  • FR2 (mmWave): 24 GHz – 100 GHz (ondas milimétricas).
• Uso de OFDMA mejorado y MIMO masivo (decenas o cientos de antenas).
• Beamforming: focalización de la señal hacia cada usuario.

🖧 5G Core (5GC)

• Basado en virtualización y servicios (Service Based Architecture).
• Componentes clave:
  • AMF (Access and Mobility Function): gestiona la movilidad y autenticación.
  • SMF (Session Management Function): controla sesiones de datos.
  • UPF (User Plane Function): maneja el tráfico de usuario (equivalente a PGW/SGW en LTE).
  • NRF (Network Repository Function): directorio de funciones de red.
  • NEF (Network Exposure Function): expone capacidades de red a terceros (APIs).
• Compatibilidad con network slicing: dividir la red en «rebanadas virtuales» para servicios específicos (ej. sanidad, vehículos autónomos, IoT industrial).

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🌍 Aplicaciones de 5G

• Vehículos conectados (V2X): comunicación en tiempo real entre coches, semáforos y carreteras.
• Ciudades inteligentes: sensores masivos para tráfico, energía, residuos.
• Industria 4.0: automatización con robots conectados en tiempo real.
• Telemedicina: operaciones a distancia, monitorización remota.
• Entretenimiento: VR/AR, cloud gaming sin lag, streaming inmersivo.

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📊 Tabla Comparativa con 5G

Generación	Acceso	Velocidad teórica	Acceso Radio	Latencia	Servicios clave
1G	FDMA	~2 kbps (voz)	Analógica	>500 ms	Voz analógica
2G GSM	TDMA/FDD	13 kbps voz	Digital	~300 ms	Voz digital, SMS
2.5G GPRS	TDMA	115 kbps	Digital	~200 ms	Datos básicos
2.75G EDGE	TDMA	384 kbps	Digital	~150 ms	Navegación básica
3G UMTS	WCDMA	384 kbps – 2 Mbps	Digital/IP	100 ms	Videollamadas, Internet
3.5G HSPA	WCDMA	14 Mbps	Digital/IP	50 ms	Streaming básico
3.9G HSPA+	WCDMA	168 Mbps	Digital/IP	40 ms	Multimedia avanzado
4G LTE	OFDMA/SC-FDMA	100 Mbps – 1 Gbps	IP nativo	10 ms	Streaming HD, IoT
5G NR	OFDMA + MIMO masivo	1–10 Gbps	IP virtualizado	<1 ms	VR, IoT masivo, vehículos autónomos

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🎯 Conclusión con 5G

La llegada del 5G marca el salto hacia la hiperconectividad: no solo multiplica la velocidad, sino que redefine el ecosistema digital con baja latencia, IoT masivo y network slicing. Para los opositores y profesionales TIC, dominar el núcleo 5G (5GC), sus frecuencias (Sub-6 y mmWave) y su arquitectura basada en servicios es esencial para comprender el presente y futuro de las telecomunicaciones.

👉 Y lo más importante: el 5G es la base del 6G, que ya se está investigando con velocidades de hasta 1 Tbps, integración satelital y redes cuánticas.

🎯 Conclusiones

La evolución de las comunicaciones móviles refleja el paso de sistemas analógicos simples hacia redes inteligentes, basadas en IP y preparadas para la masificación de datos. Para un opositor o profesional TIC, dominar estas arquitecturas y tecnologías es fundamental, ya que son la base de los sistemas 5G y 6G que ya se están desplegando.

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