Tercera generación de tecnología de telecomunicaciones móviles inalámbricas
Un módem USB para 3G conectado a una computadora portátil.
3G es la tercera generación de tecnología de telecomunicaciones móviles inalámbricas . Es la actualización a velocidades de datos mejoradas 2G , 2,5G , GPRS y 2,75G para redes GSM Evolution , que ofrece una transferencia de datos más rápida y una mejor calidad de voz. [1] Esta red fue sustituida por 4G , y posteriormente por 5G . Esta red se basa en un conjunto de estándares utilizados para dispositivos móviles y servicios y redes de uso de telecomunicaciones móviles que cumplen con las especificaciones de Telecomunicaciones Móviles Internacionales-2000 (IMT-2000) de la Unión Internacional de Telecomunicaciones . 3G encuentra aplicación en telefonía de voz inalámbrica, acceso a Internet móvil , acceso a Internet inalámbrico fijo, videollamadas y televisión móvil. [1]
Las redes de telecomunicaciones 3G admiten servicios que proporcionan una velocidad de transferencia de información de al menos 144 kbit/s . [2] [3] Las versiones posteriores de 3G, a menudo denominadas 3,5G y 3,75G , también proporcionan acceso de banda ancha móvil de varios Mbit/s a teléfonos inteligentes y módems móviles en computadoras portátiles. Esto garantiza que se pueda aplicar a llamadas de voz inalámbricas, acceso a Internet móvil, acceso a Internet inalámbrico fijo, videollamadas y tecnologías de televisión móvil.
Aproximadamente cada diez años ha aparecido una nueva generación de estándares celulares desde que se introdujeron los sistemas 1G en 1979 y principios y mediados de los años 1980. Cada generación se caracteriza por nuevas bandas de frecuencia, velocidades de datos más altas y tecnología de transmisión no compatible con versiones anteriores. Las primeras redes comerciales 3G se introdujeron a mediados de 2001. [4] [5] [6] [7]
Descripción general
Varias empresas de telecomunicaciones comercializaron servicios inalámbricos de Internet móvil como 3G , lo que indica que el servicio anunciado se prestaba a través de una red inalámbrica 3G. Sin embargo, los servicios 3G han sido reemplazados en gran medida en el marketing por los servicios 4G y 5G en la mayor parte del mundo. Los servicios anunciados como 3G deben cumplir con los estándares técnicos IMT-2000 , incluidos los estándares de confiabilidad y velocidad (tasas de transferencia de datos). Para cumplir con los estándares IMT-2000, un sistema debe proporcionar velocidades de datos máximas de al menos 144 kbit/s. [3] Sin embargo, muchos servicios anunciados como 3G ofrecen una velocidad superior a los requisitos técnicos mínimos para un servicio 3G. [8] Los lanzamientos posteriores de 3G, denominados 3,5G y 3,75G , proporcionaron acceso de banda ancha móvil de varios Mbit/s para teléfonos inteligentes y módems móviles en computadoras portátiles. [9]
Estándares de marca 3G:
El sistema UMTS (Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles), estandarizado por 3GPP en 2001, se utilizó en Europa, Japón, China (con una interfaz de radio diferente) y otras regiones en las que predomina la infraestructura del sistema GSM (Sistemas Globales para Móviles) 2G . Los teléfonos móviles suelen ser híbridos UMTS y GSM. Se ofrecen varias interfaces de radio que comparten la misma infraestructura:
La interfaz de radio original y más extendida se llama W-CDMA (Acceso múltiple por división de código de banda ancha).
La interfaz de radio TD-SCDMA se comercializó en 2009 y solo se ofreció en China.
La última versión de UMTS, HSPA+ , puede proporcionar velocidades de datos máximas de hasta 56 Mbit/s en el enlace descendente en teoría (28 Mbit/s en los servicios existentes) y 22 Mbit/s en el enlace ascendente.
El sistema CDMA2000 , ofrecido por primera vez en 2002, estandarizado por 3GPP2 , utilizado especialmente en Norteamérica y Corea del Sur, comparte infraestructura con el estándar IS-95 2G. Los teléfonos móviles suelen ser híbridos CDMA2000 e IS-95. La última versión EVDO Rev. B ofrece velocidades máximas de 14,7 Mbit/s de bajada.
Los sistemas 3G y las interfaces de radio se basan en tecnología de transmisión de radio de espectro ensanchado . Si bien el estándar GSM EDGE ("2.9G"), los teléfonos inalámbricos DECT y los estándares Mobile WiMAX también cumplen formalmente los requisitos IMT-2000 y están aprobados como estándares 3G por la UIT, estos normalmente no tienen la marca 3G y se basan en tecnologías completamente diferentes. .
Los estándares comunes que cumplen con el estándar IMT2000/3G son:
EDGE , una revisión de la organización 3GPP de los antiguos métodos de transmisión basados en 2G GSM , que utiliza los mismos nodos de conmutación, sitios de estaciones base y frecuencias que GPRS, pero incluye una nueva estación base y circuitos de RF para teléfonos móviles. Se basa en el esquema de modulación 8PSK tres veces más eficiente como complemento al esquema de modulación GMSK original. EDGE todavía se utiliza ampliamente debido a su facilidad de actualización desde la infraestructura GSM 2G y los teléfonos celulares existentes.
EDGE combinado con la tecnología GPRS 2.5G se llama EGPRS y permite velocidades máximas de datos del orden de 200 kbit/s, al igual que las versiones originales UMTS WCDMA y, por lo tanto, cumple formalmente con los requisitos IMT2000 en sistemas 3G. Sin embargo, en la práctica, EDGE rara vez se comercializa como un sistema 3G, sino como un sistema 2,9G . EDGE muestra una eficiencia espectral del sistema ligeramente mejor que los sistemas UMTS y CDMA2000 originales , pero es difícil alcanzar velocidades de datos máximas mucho más altas debido al ancho de banda espectral GSM limitado de 200 kHz y, por lo tanto, es un callejón sin salida.
EDGE también era un modo en el sistema TDMA IS-136 , que ya no se utiliza.
EDGE evolucionado , la última revisión, tiene picos de 1 Mbit/s de bajada y 400 kbit/s de subida, pero no se utiliza comercialmente.
El Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles, creado y revisado por el 3GPP . La familia es una revisión completa de GSM en términos de métodos de codificación y hardware, aunque algunos sitios GSM pueden adaptarse para transmitir en formato UMTS/ W-CDMA .
W-CDMA es la implementación más común, comúnmente operada en la banda de 2100 MHz. Algunos otros utilizan las bandas de 850, 900 y 1900 MHz.
HSPA es una combinación de varias actualizaciones del estándar W-CDMA original y ofrece velocidades de 14,4 Mbit/s de bajada y 5,76 Mbit/s de subida. HSPA es compatible con versiones anteriores y utiliza las mismas frecuencias que W-CDMA.
El sistema CDMA2000 , o IS-2000, que incluye CDMA2000 1x y CDMA2000 High Rate Packet Data (o EVDO), estandarizado por 3GPP2 ( a diferencia del 3GPP), que evoluciona del sistema CDMA IS-95 original, se utiliza especialmente en Norteamérica. China, India, Pakistán, Japón, Corea del Sur, Sudeste Asiático, Europa y África.
CDMA2000 1x Rev. E tiene una capacidad de voz aumentada (tres veces la cantidad original) en comparación con Rev. 0 EVDO Rev. B ofrece velocidades máximas descendentes de 14,7 Mbit/s, mientras que Rev. C mejoró la experiencia del usuario de terminales nuevos y existentes.
Si bien los teléfonos inalámbricos DECT y los estándares Mobile WiMAX también cumplen formalmente los requisitos IMT-2000, normalmente no se consideran debido a su rareza e inadecuación para su uso con teléfonos móviles. [10]
Desintegración de los sistemas 3G
Los proyectos de investigación y desarrollo 3G (UMTS y CDMA2000) comenzaron en 1992. En 1999, la UIT aprobó cinco interfaces de radio para IMT-2000 como parte de la Recomendación UIT-R M.1457; WiMAX se añadió en 2007. [11]
Existen estándares evolutivos (EDGE y CDMA) que son extensiones compatibles con versiones anteriores de redes 2G preexistentes, así como estándares revolucionarios que requieren hardware de red y asignaciones de frecuencia completamente nuevos. Los teléfonos móviles utilizan UMTS en combinación con estándares y anchos de banda 2G GSM, pero no son compatibles con EDGE . El último grupo es la familia UMTS , que consta de estándares desarrollados para IMT-2000, así como los estándares desarrollados independientemente DECT y WiMAX, que se incluyeron porque se ajustan a la definición de IMT-2000.
Si bien EDGE cumple con las especificaciones 3G, la mayoría de los teléfonos GSM/UMTS cuentan con funcionalidad EDGE ("2.75G") y UMTS ("3G"). [12]
Historia
Estándares de redes celulares y cronograma de generación.
La tecnología 3G fue el resultado del trabajo de investigación y desarrollo llevado a cabo por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) a principios de los años 1980. Las especificaciones y estándares 3G se desarrollaron en quince años. Las especificaciones técnicas se pusieron a disposición del público con el nombre IMT-2000. El espectro de comunicación entre 400 MHz y 3 GHz se asignó para 3G. Tanto el gobierno como las empresas de comunicaciones aprobaron el estándar 3G. La primera red 3G precomercial fue lanzada por NTT DoCoMo en Japón en 1998, [13] con la marca FOMA . Estuvo disponible por primera vez en mayo de 2001 como prelanzamiento (prueba) de la tecnología W-CDMA . El primer lanzamiento comercial de 3G también lo realizó NTT DoCoMo en Japón el 1 de octubre de 2001, aunque inicialmente tuvo un alcance algo limitado; [14] [15] La disponibilidad más amplia del sistema se retrasó por aparentes preocupaciones sobre su confiabilidad. [dieciséis]
La primera red precomercial europea fue una red UMTS en la Isla de Man de Manx Telecom , el operador entonces propiedad de British Telecom , y la primera red comercial (también basada en UMTS W-CDMA) en Europa fue abierta por Telenor en diciembre de 2001 sin teléfonos comerciales y, por tanto, sin clientes de pago.
La primera red que se puso en funcionamiento comercialmente fue la de SK Telecom en Corea del Sur con tecnología 1xEV-DO basada en CDMA en enero de 2002. En mayo de 2002, la segunda red 3G de Corea del Sur fue la de KT en EV-DO y, por lo tanto, los surcoreanos estaban el primero en ver competencia entre los operadores 3G.
La primera red 3G comercial de Estados Unidos fue de Monet Mobile Networks, con tecnología CDMA2000 1x EV-DO, pero el proveedor de red cerró sus operaciones más tarde. El segundo operador de red 3G en EE.UU. fue Verizon Wireless en julio de 2002, también en CDMA2000 1x EV-DO. AT&T Mobility también era una verdadera red 3G UMTS , habiendo completado la actualización de la red 3G a HSUPA .
La primera red comercial 3G en el Reino Unido fue iniciada por Hutchison Telecom , que originalmente estaba detrás de Orange SA [17] En 2003, anunció la primera red comercial de telefonía móvil 3G o de tercera generación en el Reino Unido.
La primera red de demostración precomercial en el hemisferio sur fue construida en Adelaida , Australia del Sur, por m.Net Corporation en febrero de 2002 utilizando UMTS en 2100 MHz. Esta fue una red de demostración para el Congreso Mundial de TI de 2002. La primera red comercial 3G fue lanzada por Hutchison Telecommunications con la marca Three o "3" en junio de 2003. [18]
En la India, el 11 de diciembre de 2008, una empresa estatal, Mahanagar Telecom Nigam Limited (MTNL), lanzó los primeros servicios móviles e Internet 3G en las ciudades metropolitanas de Delhi y Mumbai. Después de MTNL, otra empresa estatal, Bharat Sanchar Nigam Limited (BSNL), comenzó a desplegar redes 3G en todo el país.
Japón fue uno de los primeros países en adoptar 3G, debido al proceso de asignación de espectro 3G, que en Japón se adjudicó sin mucho costo inicial. El espectro de frecuencias se asignó en Estados Unidos y Europa mediante subasta, lo que requirió una enorme inversión inicial para cualquier empresa que deseara proporcionar servicios 3G. Las empresas europeas pagaron en conjunto más de 100 mil millones de dólares en sus subastas de espectro. [20]
Nepal Telecom adoptó el servicio 3G por primera vez en el sur de Asia . Sin embargo, su 3G tardó relativamente en adoptarse en Nepal . En algunos casos, las redes 3G no utilizan las mismas frecuencias de radio que las 2G , por lo que los operadores móviles deben construir redes completamente nuevas y licenciar frecuencias completamente nuevas, especialmente para lograr altas velocidades de transmisión de datos. Los retrasos de otros países se debieron a los gastos de actualización del hardware de transmisión, especialmente para UMTS , cuyo despliegue requirió el reemplazo de la mayoría de las torres de transmisión. Debido a estos problemas y dificultades con el despliegue, muchos operadores no pudieron o retrasaron la adquisición de estas capacidades actualizadas.
En diciembre de 2007, 190 redes 3G operaban en 40 países y 154 redes HSDPA operaban en 71 países, según la Asociación Global de Proveedores Móviles (GSA). En Asia, Europa, Canadá y Estados Unidos, las empresas de telecomunicaciones utilizan la tecnología W-CDMA con el apoyo de alrededor de 100 diseños de terminales para operar redes móviles 3G.
El despliegue de las redes 3G se retrasó por los enormes costos de las tarifas adicionales de licencia de espectro en algunos países. Los derechos de licencia en algunos países europeos fueron particularmente altos, impulsados por subastas gubernamentales de un número limitado de licencias y subastas de ofertas cerradas , y el entusiasmo inicial por el potencial de 3G. Esto provocó una caída de las telecomunicaciones que se produjo simultáneamente con caídas similares en los campos de la fibra óptica y las punto.com .
El estándar 3G tal vez sea bien conocido debido a la expansión masiva del mercado de comunicaciones móviles posterior al 2G y a los avances de la telefonía móvil de consumo. Un desarrollo especialmente notable durante este tiempo es el teléfono inteligente (por ejemplo, el iPhone y la familia Android ), que combina las capacidades de una PDA con un teléfono móvil, lo que genera una demanda generalizada de conectividad a Internet móvil. 3G también ha introducido el término " banda ancha móvil " porque su velocidad y capacidad la convirtieron en una alternativa viable para la navegación por Internet y los módems USB que se conectan a redes 3G, y ahora 4G se volvió cada vez más común.
Penetración de mercado
En junio de 2007, se había conectado el abonado 3G número 200 millones, de los cuales 10 millones estaban en Nepal y 8,2 millones en la India . Estos 200 millones representan sólo el 6,7% de los 3.000 millones de suscripciones de telefonía móvil en todo el mundo. (Al contar a los clientes CDMA2000 1x RTT (tasa de bits máxima del 72% de los 200 kbit/s que definen 3G), el tamaño total de la base de suscriptores casi 3G era de 475 millones en junio de 2007, lo que representaba el 15,8% de todos los suscriptores en todo el mundo). En los países donde se lanzó primero la 3G –Japón y Corea del Sur– la penetración de la 3G supera el 70%. [21] En Europa el país líder [ ¿cuándo? ] en cuanto a penetración de 3G es Italia, con un tercio de sus suscriptores migrados a 3G. Otros países líderes [ ¿cuándo? ] para el uso de 3G incluyen Nepal , Reino Unido , Austria , Australia y Singapur con un nivel de migración del 32%.
Según estimaciones de la UIT, [22] en el cuarto trimestre de 2012 había 2.096 millones de suscriptores activos de banda ancha móvil [ vagos ] en todo el mundo de un total de 6.835 millones de suscriptores: esto es poco más del 30%. Aproximadamente la mitad de las suscripciones a banda ancha móvil son de suscriptores de países desarrollados, 934 millones de un total de 1.600 millones, muy por encima del 50%. Sin embargo, tenga en cuenta que existe una distinción entre un teléfono con conectividad de banda ancha móvil y un teléfono inteligente con una pantalla grande, etc., aunque según [23] la UIT e informatandm.com, Estados Unidos tiene 321 millones de suscripciones móviles, incluidos 256 millones. que son 3G o 4G, lo que representa al mismo tiempo el 80% de la base de suscriptores y el 80% de la población de EE.UU., según [22] ComScore apenas un año antes, en el cuarto trimestre de 2011, sólo alrededor del 42% de las personas encuestadas en los EE.UU. informaron que poseían un teléfono inteligente. En Japón, la penetración de 3G fue similar, alrededor del 81%, pero la propiedad de teléfonos inteligentes fue menor, alrededor del 17%. [22] En China , había 486,5 millones de suscriptores 3G en junio de 2014, [24] en una población de 1.385.566.537 ( estimación de la ONU de 2013 ).
Declive y desmantelamiento
Desde la creciente adopción de redes 4G en todo el mundo, el uso de 3G ha disminuido. Varios operadores de todo el mundo ya han cerrado o están en proceso de cerrar sus redes 3G (consulte la tabla a continuación). En varios lugares, se está cerrando la red 3G mientras que su anterior predecesor, la 2G, se mantiene en funcionamiento; Vodafone Europa está haciendo esto, citando la utilidad de 2G como un recurso de bajo consumo. [25] EE en el Reino Unido planea apagar sus redes 3G a principios de 2024. [26] En EE. UU., Verizon cerró sus servicios 3G el 31 de diciembre de 2022, [27] T-Mobile cerró las redes de Sprint el 31 marzo de 2022 y cerraron sus redes principales el 1 de julio de 2022, [28] y AT&T lo hizo el 22 de febrero de 2022. [29]
Actualmente, la disponibilidad y el soporte de 3G en todo el mundo están disminuyendo. La tecnología que depende del 3G para su uso se está volviendo inoperable en muchos lugares. Por ejemplo, la Unión Europea planea garantizar que los países miembros mantengan redes 2G como alternativa [ cita necesaria ] , para que se puedan seguir utilizando dispositivos 3G que sean compatibles con frecuencias 2G. Sin embargo, en países que planean desmantelar las redes 2G o que ya lo han hecho, como Estados Unidos y Singapur, los dispositivos que solo soportan 3G y son compatibles con versiones anteriores de 2G se están volviendo inoperables. [30] En febrero de 2022, menos del 1% de los clientes de teléfonos móviles en Estados Unidos utilizaban 3G; AT&T ofreció dispositivos de reemplazo gratuitos a algunos clientes en el período previo a su cierre. [31]
Incluso entonces, es posible que algunas patentes esenciales para 3G no hayan sido declaradas por sus titulares. Se cree que Nortel y Lucent tienen patentes no divulgadas que son esenciales para estos estándares. [33]
Además, el actual consorcio de patentes de la Asociación de Plataforma de Patentes 3G tiene poco impacto en la protección FRAND porque excluye a los cuatro mayores propietarios de patentes para 3G. [34] [35]
Características
Tasas de transferencia de datos
La UIT no ha proporcionado una definición clara [36] [ vaga ] de la velocidad de datos que los usuarios pueden esperar de los equipos o proveedores 3G. Por lo tanto, es posible que los usuarios a los que se les venda el servicio 3G no puedan señalar un estándar y decir que no se cumplen las tarifas que especifica. Si bien afirma en un comentario que "se espera que las IMT-2000 proporcionen velocidades de transmisión más altas: una velocidad de datos mínima de 2 Mbit/s para usuarios estacionarios o ambulantes, y 348 kbit/s en un vehículo en movimiento", [37] la UIT En realidad, no especifica claramente las tarifas mínimas requeridas, ni las tarifas promedio requeridas, ni qué modos [ se necesita aclaración ] de las interfaces califican como 3G, por lo que varias tarifas de datos [ vagas ] se venden como '3G' en el mercado.
En una implementación de mercado, las velocidades de datos de enlace descendente 3G definidas por los proveedores de servicios de telecomunicaciones varían según la tecnología subyacente implementada; hasta 384 kbit/s para UMTS (WCDMA), hasta 7,2 Mbit/s para HSPA y un máximo teórico de 21,1 Mbit/s para HSPA+ y 42,2 Mbit/s para DC-HSPA+ (técnicamente 3,5G, pero generalmente incluido bajo el nombre comercial de 3G). [ cita necesaria ]
Compara velocidades de datos con 3,5G y 4G .
Seguridad
Las redes 3G ofrecen mayor seguridad que sus predecesoras 2G. Al permitir que el UE (equipo de usuario) autentique la red a la que se está conectando, el usuario puede estar seguro de que la red es la prevista y no una imitadora. Las redes 3G utilizan el cifrado de bloque KASUMI en lugar del antiguo cifrado de flujo A5/1 . Sin embargo, se han identificado una serie de debilidades graves en el cifrado KASUMI. [38]
Además de la seguridad de la infraestructura de la red 3G, se ofrece seguridad de extremo a extremo cuando se accede a marcos de aplicaciones como IMS, aunque esto no es estrictamente una propiedad de 3G.
Aplicaciones de 3G
La información de ancho de banda y ubicación disponible para los dispositivos 3G da lugar a aplicaciones que antes no estaban disponibles para los usuarios de teléfonos móviles. Se hizo posible navegar cómodamente por Internet en una red 3G mientras viaja con un mínimo de molestias, y realizar muchas otras tareas que antes eran lentas y difíciles en 2G . Los dispositivos médicos , las alarmas contra incendios y los monitores de tobillo utilizan esta red para realizar sus tareas designadas junto con los usuarios de teléfonos móviles. [39] Esta red marcó la primera vez que una red de comunicaciones celulares se utiliza en una variedad tan amplia de tareas, lo que inició el inicio del uso generalizado de redes celulares.
Evolución
Tanto 3GPP como 3GPP2 están trabajando en extensiones de los estándares 3G que se basan en una infraestructura de red totalmente IP y utilizan tecnologías inalámbricas avanzadas como MIMO . Estas especificaciones ya muestran características características de IMT-Advanced (4G), el sucesor de 3G. Sin embargo, al no cumplir con los requisitos de ancho de banda para 4G (que es 1 Gbit/s para operación estacionaria y 100 Mbit/s para operación móvil), estos estándares se clasifican como 3,9G o Pre-4G. 3GPP planea alcanzar los objetivos 4G con LTE Advanced , mientras que Qualcomm ha detenido el desarrollo de UMB en favor de la familia LTE. [40]
El 14 de diciembre de 2009, TeliaSonera anunció en un comunicado de prensa oficial que "Estamos muy orgullosos de ser el primer operador del mundo en ofrecer a nuestros clientes servicios 4G". [41] Con el lanzamiento de su red LTE, inicialmente ofrecen servicios pre-4G (o más allá de 3G ) en Estocolmo, Suecia y Oslo, Noruega.
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