Telefonía móvil y antenas de telefonía móvil.

Como introducción definiremos ¿Qué es la telefonía móvil?

La telefonía móvil o telefonía celular es un medio de comunicación inalámbrico a través de ondas electromagnéticas. Como cliente de este tipo de redes, se utiliza un dispositivo denominado teléfono móvil o teléfono celular. 

¿Cómo funciona?

La comunicación telefónica es posible gracias a la interconexión entre centrales móviles y públicas. Según las bandas o frecuencias en las que opera el móvil, podrá funcionar en una parte u otra del mundo. La telefonía móvil consiste en la combinación de una red de estaciones transmisoras o receptoras de radio (repetidores, estaciones base o BTS) y una serie de centrales telefónicas de conmutación de 1.er y 5.º nivel (MSC y BSC respectivamente), que posibilita la comunicación entre terminales telefónicos portátiles (teléfonos móviles) o entre terminales portátiles y teléfonos de la red fija tradicional.

La red de telefonía móvil, debemos entenderla en varios «segmentos».

·         La red de acceso compuesta por la antena y la estación base (BTS/BSC para 2G, nodoB/RNC para 3G y e-nodoB para 4G)

·         La red de agregación (o Backhaul) compuesta por los dispositivos que componen lo que se suele implantar por medio de tecnologías "Metro Ethernet" que en definitiva van sumando tráfico hacia el segmento que mencionamos a continuación.

·         La red de Core, que es el núcleo de esta red (compuesta por SGSN, GGSN en 3G para datos y MSC para voz - MME, sGW para 4G - A su vez por los elementos de validación y perfilado de usuarios: HLR o HSS, VLR, AuC y EiR)

En su operación, el teléfono móvil establece comunicación con una estación base y, a medida que se traslada, los sistemas computacionales que administran la red van transmitiendo la llamada a la siguiente estación base de forma transparente para el usuario. Por eso se dice que las estaciones base forman una red de celdas, sirviendo cada estación base a los equipos móviles que se encuentran en su celda.

¿Qué sucede cuando realizamos una llamada?

Los teléfonos móviles funcionan enviando y recibiendo señales de radio de baja potencia. Las señales se intercambian con antenas que están conectadas a transmisores y receptores de radio, comúnmente conocidos como estaciones base de telefonía móvil. Las estaciones base están conectadas al resto de las redes de telefonía fija y móvil y pasan la señal / llamada a esas redes. 

Como primer paso en el proceso, el teléfono verifica que haya cobertura en la zona donde se hace la llamada. Una vez que el teléfono verificó que existe suficiente fuerza de señal para hacer la llamada, establece una conexión con una estación base de telefonía móvil cercana. Esta estación base establece la llamada y la mantiene durante todo el tiempo que el usuario mantiene la llamada y permanece dentro del rango de esa estación base.

Una estación base de telefonía móvil proporciona cobertura a un área conocida como “celda”. Las celdas están alineadas unas al lado de otras en un formato similar a un panal de abejas, y por este motivo las redes de telefonía celular a veces se conocen como redes “celulares”.

La ubicación de la estación base dentro de la celda está determinada por una serie de factores, que incluyen la topografía y otras limitaciones físicas tales como árboles y edificios, la capacidad de la celda o cantidad de llamadas que se estima se realizarán en la celda y la radiofrecuencia a la cual operará la estación base.

Cada estación base sólo puede trasmitir una cantidad finita de llamadas. En zonas de alta utilización de teléfonos móviles, tales como el distrito central de negocios y las zonas de alta densidad de población, se requieren más estaciones base para manejar el nivel de tráfico de llamadas. En áreas de alta utilización, suele haber un rango de estaciones base, desde soluciones muy específicas dentro de edificios, diseñadas para dar cobertura de calidad dentro de un edificio específico, hasta estaciones muy pequeñas conocidas como microcélulas. Las microcélulas cubren un área geográfica muy reducida y suelen encontrarse en intersecciones y en zonas de mucho tráfico peatonal.

En áreas rurales, donde el uso de teléfonos móviles no es tan alto, las estaciones base en general están ubicadas sobre montes o estructuras altas para maximizar el área de cobertura.

Cada estación base tiene un número de canales de radio, o frecuencias, para comunicarse con los teléfonos móviles. Como este número de frecuencias es limitado, las frecuencias a menudo son reutilizadas en celdas adyacentes. Esto se logra reduciendo el nivel de potencia de la estación base para asegurar que haya una superposición mínima o nula de la cobertura entre celdas. 

Las llamadas pueden transferirse de una estación base a otra. Si el usuario sale de la celda, el teléfono automáticamente buscará la señal de una estación base adyacente. En general, hay una transición o “pasaje” sin problemas de una celda a otra. Durante una llamada, el teléfono puede haber pasado por varias estaciones base. Si no hay una estación base adyacente, como en los límites de la red de telefonía móvil, la llamada se interrumpirá.

¿Qué tipos de antenas se utilizan en la telefonía celular?

En los últimos años, con el desarrollo de los teléfonos móviles hemos visto que se han colocado antenas por todas partes; antenas repetidoras que hacen posible que los móviles tengan cobertura.

Las antenas de radiofrecuencia de las estaciones de base de emisión de telefonía móvil son estrechas y de 1 metro de longitud aproximadamente. Varias antenas de esas características se montan sobre una torre, cuya altura es generalmente de 15 a 50 metros, o sobre un edificio.

Se caracterizan por ser bi-direccionales (emisión o recepción) de baja potencia. Además por producir radiación RF, son montadas sobre postes, torres de transmisión, o en los techos de altos edificios, ya que necesitan estar a cierta altura para poder tener una cobertura más amplia.

Las antenas de telefonía móvil emiten un rayo de radio frecuencia de forma horizontal y muy estrecho casi como el de un foco de luz, que es aproximadamente paralelo al suelo. Dada la escasa amplitud vertical del rayo, la intensidad del campo de radio frecuencia sobre el suelo directamente debajo de la antena es escasa y disminuye rápidamente al alejarse de ella.

Las antenas de telefonía móvil suelen instalarse sobre elementos que las elevan como torres o mástiles o también directamente sobre edificios. En la práctica, se suelen instalar varias antenas en una ubicación para dar cobertura circular. En la configuración de 3 antenas dirigidas a un mismo sector, sólo emite la antena central, estando dedicadas las dos laterales únicamente a mejorar la recepción, sin que efectúen ningún tipo de emisión.

En una antena típica de telefonía móvil, la emisión radioeléctrica se efectúa hacia el frente y en horizontal, en forma de un haz sensiblemente plano, y abarca un sector entre 60 y 120 grados. Las emisiones son casi inexistentes en el resto de direcciones (atrás, abajo y arriba).

Algunas antenas montadas en azoteas tienen vallas para evitar que las personas se coloquen en sitios donde los campos de radiofrecuencia (RF) desbordan esos límites. Dado que las antenas montadas en paredes laterales de edificios dirigen su potencia hacia el exterior, las personas que se hallan en el interior no están muy expuestas.

Las emisiones que producen estas antenas están dentro de las llamadas de radiación no ionizante, que es toda energía en forma de ondas que se propagan a través del espacio.

Los teléfonos móviles (celuláres) operan desde 800 a 2.600 MHz, dependiendo de la tecnología empleada y el país.

En teoría a más frecuencia menos capacidad de alterar los mecanismos fisiológicos de un organismo vivo, pero también es verdad que las dosis acumulativas y cercanas producen calor.