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Universidad Nacional Autónoma de México
Facultad de Ingenieŕıa
Redes de Datos Seguras
Grupo: 3 - Semestre: 2023-1
Tarea:
Sistemas de transmisión Wireless.
Fecha de entrega: 18/09/2022
Profesora:
López Barrientos Maŕıa Jaquelina M.C.
Alumno:
Téllez González Jorge Luis
Jaquelina López
Sugiero que esta información se coloque iniciando por el grado académico, nombre y apellidos:
M.C. María Jaquelina López Barrientos
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1. Introducción
Las redes wireless son uno de los avances más revolucionarios dentro del campo de las redes. Gracias
a esta tecnoloǵıa, el alcance de las comunicaciones humanas se ha visto incrementado de forma
exponencial. Por ejemplo, por medio del avance de las redes inalámbricas surgió el concepto de las
redes móviles que, actualmente, están en un momento de pleno florecimiento con la tecnoloǵıa 5G que
permite alcanzar tasas de transferencia de datos muy elevadas (incluso superiores a las del internet
doméstico en México).
Figura 1: Las redes móviles 5G se encuentran en plena fase de expansión en México.
En principio, las redes de área local inalámbricas parten del principio de emplear un medio
no guiado para conectar una serie de equipos de cómputo. El grupo de trabajo IEEE 802.11 se han
encargado de desarrollar las especificaciones sobre las que se fundamentan las LAN inalámbricas
(también denominadas como WLAN, Wireless Local Area Network). Estas emplean tecnoloǵıas de
radiofrecuencia con el propósito de permitir la movilidad de los usuarios conectados a la red y omitir
la necesidad del tendido de cableado en el área de trabajo.
Actualmente, la denominación WiFi ha desplazado a la denominación tradicional IEEE 802.11;
aunque WiFi como tal se refiere al proceso de certificación de equipos que ofrecen niveles de compa-
tibilidad de fabricación e interoperabilidad acorde a los estándares IEEE 802.11. Cualquier equipó
certificado con WiFi puede conectarse a los recursos de una red via inalámbrica por medio de un
Access Point. Los AP pueden tener áreas de cobertura de varias decenas de metros, siendo esta
cobertura limitada principalmente por el entorno y los obstáculos presenten que impidan la correcta
difusión de la señal. Para la difusión de las mismas, se emplea el espectro radioeléctrico para emitir
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ondas electromagnéticas en las bandas de 2.4 [GHz] y 5 [Ghz]; dependiendo el estándar IEEE 802.11
empleado que se subdivide en múltiples estándares con distintas capacidades acorde al avance de las
capacidades de las WLAN para enviar y recibir información.
Figura 2: Estándares IEEE 802.11 (Liberatori, 2018).
Por otra parte, las redes celulares nacieron como una técnica para incrementar la capacidad
disponible en los servicios de telefońıa móvil sobre radio; los cuales se fundamentan en el uso de
múltiples transmisores de baja potencia. Debido a que cada transmisor presenta poco alcance, estos
transmisores se dividen en celdas con su propia antena. A cada celda, entonces, se le asigna una
banda de frecuencia y una estación base con su transmisor, receptor y unidad de control que se
encarga de proveer servicio a la celda.
Figura 3: Configuraciones de geometŕıas celulares.
Un sistema celular funciona de forma completamente automatizada y no requiere intervención
del usuario en sus procesos intermedios; únicamente requiriéndose su intervención para realizar o
recibir llamadas. Estas redes de primer generación (AMPS) se volvieron muy populares, pero su
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capacidad de proporcionar servicios pronto se veŕıa sobrepasada. Por lo anterior, el esquema IS-95
(CDMA, Code Division Multiple Access) surgió como solución a los problemas de las primeras
redes móviles e introdujo elementos como la digitalización de las comunicaciones móviles, el cifrado
de datos, la detección y corrección de errores y, finalmente, un acceso múltiple a los canales de
comunicación en cada celda. Cabe destacar que CDMA convive junto con GSM (Global System for
Mobiles), un estándar global también conocido como 2G y que logró mucha mayor adopción global
con respecto a CDMA (usado principalmente en Estados Unidos).
Figura 4: Funcionamiento básico de una red celular.
CDMA y GSM trajeron múltiples innovaciones a las redes, pero se encontraban limitados
en su capacidad de transmitir datos no relacionados a la voz humana. Las redes 3G surgieron
como una innovación con la capacidad de poder transmitir y recibir multimedia, datos y v́ıdeo.
A partir de los desarrollos recientes, las redes 4G y 5G han surgido para aumentar notablemente
las capacidades de transmisión y recepción. Cabe señalar que estas tecnoloǵıas se han desarrollado
sobre los estándares CDMA y GSM; encontrándose en la actualidad redes 5G que operan tanto
en CDMA como GSM. Por otra parte, las infraestructuras 2G originales de CDMA y GSM se
están desmantelando paulatinamente alrededor del mundo para promover la adopción de las nuevas
infraestructuras.
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2. Desarrollo
2.1. WPAN: IEEE 802.15 Bluetooth
Bluetooth es una tecnoloǵıa de red inalámbrica de área personal desarrollada a principios de 1998 con
la colaboración de múltiples empresas (3com, Ericsson, IBM, Intel, Lucent Technologies, Microsoft,
Motorola, Nokia y Toshiba). Su nombre proviene del rey danés Harald Blatand ; recordado por sus
habilidades de comunicación que unificaron a las tribus noruegas, suecas y danesas.
La tecnoloǵıa Bluetooth provee de una v́ıa de comunicación de corto alcance a dispositivos
de uso personal, como pueden ser computadoras móviles, teléfonos celulares y otros elementos como
aud́ıfonos inalámbricos y relojes inteligentes. Es un medio de comunicación de pequeña escala, bajo
costo y que emplea enlaces de radio por medio de pequeños transmisores de radiofrecuencia que
permiten la conexión entre múltiples dispositivos electrónicos dentro de un radio limitado de 10
metros. Este transmisor es un microchip que opera en la banda de 2.4GHz, y puede ser para transmitir
información, recibirla, o bien, para ambas operaciones. Aśı mismo, puede operar únicamente para
transmitir cierta información (como audio), o bien, emplearse para operaciones más complejas como
la transmisión de datos entre dispositivos.
Figura 5: Módulos transmisores/receptores de Bluetooth para audio.
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Entre otras caracteŕısticas, se encuentran las siguientes:
Permite conexiones punto a punto y multipunto.
Admite comunicaciones en full-duplex.
Su especificación base define un canal de comunicaciones con un ancho máximo de 720Kbps.
Emplea una autenticación basada en códigos PIN para que la comunicación entre 2 dispositivos
se establezca. Una vez que la comunicación se restablezca, se genera una clave de enlace que
puede ser reutilizada.
Figura 6: Proceso de enlazado entre dispositivos.
A lo largo de tiempo el estándar Bluetooth ha pasado por múltiples actualizaciones desde la
publicación del primer estándar de 1994 de la mano de Ericsson. A pesar de estas actualizaciones, los
estándares son retrocompatibles entre śı, de modo que si un teléfono contiene un chip Bluetooth 5.2,
sigue siendo posible emparejar al dispositivo aparatos como aud́ıfonos que trabajen bajo Bluetooth
4.2.
En general, se pueden enmarcar las siguientes caracteŕısticas básicas para las distintas versio-
nes de Bluetooth:
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Figura 7: Comparación entre versiones de Bluetooth 4.0 vs 5.0.
Bluetooth V1: velocidad máxima de 732.2Kbps, con un rango máximo de 10 metros, alto
costo energético y una conexión de baja calidad.
Bluetooth V2: aumento de la velocidad de transmisión a 2.1Mbps y unrango adicional de 30
metros.
Bluetooth V3: aumento adicional de velocidad a 24Mbps empleando como apoyo redes Wi-Fi.
Bluetooth V4: no emplea Wi-Fi para mantener la tasa de transmisión y aumenta su alcance
a 60 metros, aśı como aumenta la calidad del enlace y baja el consumo de enerǵıa.
Bluetooth V5: aumenta una vez más la velocidad hasta 50Mbps con un alcance máximo de
240 metros y una cáıda notable en el consumo energético, aśı como un incremento sustancial
en la calidad del enlace entre dispositivos.
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2.2. WLAN: IEEE 802.11 Wi-Fi
El estándar IEEE 802.11 describe redes de área local inalámbricas. Este estándar va de la mano
de la certificación Wi-Fi que certifica dispositivos con interoperabilidad de acuerdo al estándar. En
la transmisión inalámbrica para redes de datos se utilizan las regiones del espectro radioeléctrico
conocidas como banda Industrial, Cient́ıfica y Médica (ISM, Industrial, Scientific and Medical).
Aunque presente semejanzas notables con el IEEE 802.3 (Ethernet), debido a la elección de un
medio de transmisión no guiado como lo es el aire, se deben de tomar consideraciones adicionales de
seguridad.
A lo largo del tiempo han surgido múiltiples revisiones del estándar enfocadas en aumentar
sus capacidades de transmisión de información. En la siguiente tabla se muestran los estándares IEEE
802.11 junto con sus caracteŕısticas básicas:
Figura 8: Versiones del estándar 802.11 a lo largo del tiempo.
El estándar original 802.11 describe una capa f́ısica que emplea técnicas de Espectro Esparcido
por Salto en Frecuencia para obtener velocidades de transmisión sin cables de hasta 2Mbps en
la banda de 2.4GHz.
Posteriormente, el estándar 802.11a modifica la técnica empleada por la División en Frecuencia
Ortogonal y cambia de banda a los 5Ghz para obtener velocidades máximas de 54Mbps.
El estándar 802.11b es una revisión del estándar original que, empleando nuevamente la banda
de 2.4Ghz obtiene velocidades de hasta 11Mbps. Fue el primer protocolo estándar de desarrollo
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comercial disponible en redes bajo las bandas ISM.
IEEE 802.11g fue el primer estándar de implementación comercial masiva, empleando la Di-
visión en Frecuencia Ortogonal (OFDM) para obtener velocidades de 54Mbps empleando la
banda de 2.4GHz.
IEEE 802.11n trabaja de forma simultánea bajo las bandas de 2.4 y 5 GHz y alcanza velocidades
máximas de hasta 600Mbps.
El estándar IEEE 802.11ac mejora a su predecesor modificando su técnica por la Modulación
de amplitud en cuadratura, añadiendo la tecnoloǵıa MU-MIMO para el soporte de transmisión
simultáneas a múltiples clientes dentro de la red y alcanzando velocidades teóricas de hasta
1.3Gbps.
El estándar IEEE 802.11ax es la especificación más reciente (también conocida como Wi-Fi 6)
que se enfoca en mejorar el rendimiento de todos los dispositivos conectados a la red. Emplea
como técnica el Acceso múltiple por división de frecuencias ortogonales (ODFMA) y trabaja
simultáneamente bajo las bandas de 2.4 y 5 GHz, logrando velocidades tan altas como los 9.6
Gbps. Por medio de esta técnica, es posible enviar por un único canal paquetes de información
a múltiples dispositivos
Figura 9: ODFMA: canales de comunicación dedicados para cada dispositivo.
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2.3. WMAN: IEEE 802.16
El estándar IEEE 802.16 define la tecnoloǵıa de red conocida como WiMAX, enfocada en proveer
servicios de red inalámbrica de banda ancha en áreas metropolitanas. Su objetivo principal era
proporcionar servicios de red en lugares remotos donde las tecnoloǵıas tradicionales de banda ancha
no pod́ıan llegar de forma adecuada, sin embargo, su uso actual no se limita únicamente a este
escenario, sino que ha tomado un lugar en el desarrollo de servicios en entornos urbanos como una
tecnoloǵıa de acceso a red (lo que se conoce como acceso de última milla).
Tiene sus oŕıgenes en el año 1999 por parte del establecimiento de un comité de trabajo por
parte de la IEEE para desarrollar estándares para redes inalámbricas de banda ancha con coberturas
metropolitanas. Posteriormente, en 2001 se fundó el foro WiMAX, compuesto por fabricantes y
operadores de telecomunicaciones que trabajan en conjunto para asegurar la interoperabilidad de los
sistemas que empleen el estándar 802.16.
Figura 10: Cobertura WiMax al 2011.
Entre sus caracteŕısticas básicas están las siguientes:
Frecuencias portadoras menores a 11 GHz. Las bandas de frecuencia consideradas son 2.3GHz,
2.5 GHz, 3.5 GHz y 5.7 GHz.
Las especificaciones 802.16 están construidas sobre la técnica de transmisión OFDM conocida
por su alta eficiencia en el uso de los recursos de radio.
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Velocidades promedio de 10 Mbps. En condiciones ideales estos valores se pueden incrementar
a 70Mbps y 100Mbps.
Alcances de hasta 20Km.
Esta clases de redes t́ıpicamente se emplean para proporcionar servicios a diferentes clientes,
desde residencias individuales hasta condominios o edificios empresariales a partir de una estación
base. Los sistemas de banda ancha inalámbrica (BWA, Broadband Wireless Access) generalmente
consisten de múltiples celdas, cada una con su propia estación base que se conecta a la red troncal
(Internet) en una topoloǵıa en estrella.
Figura 11: BWA en operación.
2.4. Comunicaciones móviles
2.4.1. GSM-2G
El término 2G se refiere a todas los sistemas de comunicaciones móviles digitales que reemplazaron
a los sistemas analógicos de la primera generación. El Instituto Europeo de Normas de Telecomuni-
caciones desarrolló el estándar GSM como una tecnoloǵıa de acceso por radio celular que, en poco
tiempo, tomó una adopción masiva en el mundo.
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GSM emplea una Modulación por desplazamiento mı́nimo gaussiano y su especificación origi-
nal establece su operación en la banda de los 900MHz, que en poco tiempo se adaptó a los 1800MHz.
Gracias a la adaptabilidad del estándar, en poco tiempo el estándar se adoptó para su uso en distintas
frecuencias; recuperadas por la especificación 3GPP TS 45.005. GSM se desarrolló principalmente
para su uso en telefońıa. Con el paso del tiempo, la tecnoloǵıa GPRS (General Packet Radio Service)
permitió realizar los primeros trabajos en la implementación del acceso a Internet a baja velocidad
(14Kbps de subida y 40Kbps de bajada).
Posteriormente, surge la tecnoloǵıa EDGE (Enhanced Data rates for Global Evolution) que
incrementó la tasa de transmisión por medio de una nueva técnica de modulación llamadaModulación
por desplazamiento de 8 fases. Esta tecnoloǵıa no entraba en conflicto con el estándar GSM básico
y aumentaba las tasas de transmisión a un ancho teórico de 384Kbps.
Figura 12: 2G se implementó en los celulares precursores de los smartphones.
2.4.2. UMTS-3G
Las importantes limitaciones de 2G en cuanto a sus tasas de transferencia y la creciente demanda de
servicios multimedia móviles ajenos a la voz humana provocó la introducción de la tercera generación
de redes móviles bajo el estándar IMT-2000, de donde surgió la tecnoloǵıa UMTS ( Universal Mobile
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Telecommunications System) desarrollada por la organización 3GPP. UMTS ofrece una eficiencia
espectral superior a GSM y tiene 2 modos de operación:
El modo FDD (Frequency Division Duplex ) donde el enlace de subida y bajada se separan en
el dominio de la frecuencia por medio de diferentes bandas.
El modo TDD (Time Division Duplex ), donde la subida y la bajada se separan en frecuencia
por medio de distintas ranuras de tiempo.
Ambos modos utilizan CDMA para separar a la usuarios de la red. Empleandouna banda de
frecuencias mayores también se resuelven los problemas que plagaban a las generaciones anteriores
relacionados a las interferencias en las transmisiones. Ambos modos teńıan en un inicio las siguientes
caracteŕısticas en el exterior:
Entornos rurales: al menos 144Kbps de velocidad y velocidad de onda de 500km/h.
Entornos suburbanos: al menos 384Kbps y velocidad de onda de 120km/h.
Interiores: al menos 2Mbps y velocidad máxima de 10km/h.
UMTS inicialmente se especificó para bandas en el rango de los 2GHz, pero pronto se adaptó
a las bandas reservadas a los servicios 2G. Con el tiempo, UMTS evolucionó para permitir tasas
de transferencia superiores con la tecnoloǵıa HSDPA (high-speed download packet access) y HSUPA
(high speed uplink packed access).
Figura 13: 3G permitió los primeros despliegues masivos de multimedia móvil.
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2.4.3. LTE-4G
3GPP lanzó en 2004 el proyecto LTE (Long Term Evolution) para estudiar los requerimientos para
una nueva interfaz aérea llamada Evolved UTRA, basada en la tecnoloǵıa 3G UTRA (Universal
Terrestrial Radio Access). Los resultados de este proyecto resultaron en los siguientes requerimientos:
Picos de subida y bajada de 100Mbps y 50Mbps, respectivamente.
Incremento notable en la eficiencia del espectro a utilizar.
Decremento notable en la latencia.
Interoperabilidad con las redes 3G desplegadas.
Eficiencia para soportar diversos tipos de servicios multimedia y de voz.
Operable en cortas y largas distancias y con velocidad de onda de hasta 500Km/h.
Aunque E-UTRA surgió como una mejora sobre las redes 3G existentes, terminó por volverse
una tecnoloǵıa de acceso de radio completamente distintas, cambiando la técnica de acceso por
OFDMA (en lugar de CDMA). Para 2007 surge el nombre LTE-Advanced como una maduración de
las ideas de E-UTRA, y para ese entonces ya se trataba de un paradigma completamente distinto a
las redes 3G y, propiamente, hab́ıa surgido la primer red 4G.
LTE-A surgió como el estándar de comunicaciones de cuarta generación, ofreciendo velocida-
des de datos nominal de 100 Mbps cuando un usuario se mueve f́ısicamente a altas velocidades en
relación con una estación de datos, y 1 Gbps cuando el usuario y la estación están fijos entre śı. En
la actualidad, las redes 4G son las redes móviles más extendidas en el territorio mexicano capaces de
ofrecer múltiples servicios de contenido de multimedia (incluyendo aquellos particularmente deman-
dantes como el streaming) manteniendo altas velocidades, una conexión estable e interoperabilidad
entre operadores; con un enfoque principal a los servicios de datos.
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Figura 14: 4G consolida a los servicios multimedia móviles.
2.5. WWAN: IEEE 802.20
El estándar IEEE 802.20, también conocido como MobileFi, aborda las comunicaciones de acceso
móvil inalámbrico de banda ancha (MBWA). Su objetivo principal está en ofrecer alta movilidad
en el orden de los 250Km/h para usuarios en movimiento y velocidades de transmisión de 1Mbps. Su
enfoque principal está en realizar el proceso de transporte de servicios basados en IP de forma muy
eficiente, manteniendo un costo bajo y de alta capacidad de despliegue.
El concepto de Mobile Broadband Wireless Access ofrecido por este estándar busca ofrecer
banda ancha móvil accesible e interoperable. Este estándar fue aprobado en 2008, sin embargo, en la
actualidad se encuentra en desuso y ha cáıdo por el avance de nuevos estándares de comunicaciones
móviles (LTE-A y 5G) y las acusaciones de conflicto de intereses que derivaron en la suspensión del
equipo de trabajo que desarrollaba el estándar por parte de la IEEE.
De haberse desarrollado, MBWA pudiese haber soportado aplicaciones v́ıa navegación web con
una alta accesibilidad e implementado medidas de control de tráfico para priorizar distintos niveles
de calidad en el servicio de acuerdo al tipo de aplicación que los usuarios en la red utilizaran.
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Figura 15: Caracteŕısticas técnicas de MBWA.
2.6. WRAN: IEEE 802.22
Nace en 2004 con el objetivo de aprovechar los espectros en blanco de los sistemas de televisión
aérea para brindar comunicaciones de banda ancha de muy bajo costo. En el 2011, este estándar
se ratifica introduciendo el concepto de las Redes Inalámbricas de Área Regional que emplean una
nueva técnica de las radiocomunicaciones: la Radio Cognitiva. Busca aprovechar principalmente las
bandas en desuso del espectro de los servicios de televisión ubicadas entre los 54 y los 862Mhz para
facilitar el despliegue de servicios de red en zonas rurales poco pobladas; evitando al mismo tiempo
interferir en otros servicios que empleen las bandas de transmisión de la TV.
Su rango t́ıpico de operación es de 33km para cubrir densidades poblaciones por encima de
1.25 personas por km2, y llegar a un alcance máximo de 100km en condiciones favorables y con una
potencia elevada de transmisión. Gracias a su elevado alcance, ha recibido el nombre de Super Wi-Fi.
El sistema ha sido definido para permitir a los usuarios alcanzar un nivel de rendimiento similar al de
los servicios DSL, lo que equivale a una velocidad descendente o descarga de alrededor de 15Mbps y
un enlace ascendente de 384Kbps suponiendo 12 usuarios simultáneos. En su esquema de modulación
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emplea la técnica OFDMA para aprovechar eficientemente el espectro limitado de las bandas sobre
las que opera.
Figura 16: Caracteŕısticas técnicas del Super Wi-Fi.
Su aplicación en áreas rurales es la más prometedora con el fin de romper la brecha digital
que todav́ıa existe en diversos lugares (como en México). Aśı mismo, al utilizar bajas frecuencias
en sus transmisiones, disminuye la atenuación de la señal y, por tanto, es mucho más inmune a los
obstáculos y puede cubrir un mayor rango de cobertura.
3. Conclusiones
El desarrollo de las telecomunicaciones móviles ha tenido un incréıble avance en los últimos años.
Cuando recién iniciaba la década de los 2000, los servicios de telefońıa móvil se encontraban en sus
primeros pasos para proporcionar acceso a Internet. En ese entonces, descargar un tono para tu
celular o descargar una imagen era una completa odisea que requeŕıa paciencia y una buena señal.
En ese entorno fue que surgieron las primeras aplicaciones como servicio que emplearon el Internet
móvil para ofrecer servicios variados (incluyendo videojuegos basados en Java).
El contraste es impactante: hoy se tienen servicios de streaming que permiten visualizar con-
tenido en resoluciones 4K, servicios de videojuegos en la nube y comunicaciones remotas por v́ıdeo
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con enlaces estables y de alta calidad. Aśı mismo, pasamos de las conexiones Wi-Fi de baja calidad
y con constantes intermitencias a un entorno en el hogar conectado y con conexiones inalámbricas
capaces de ofrecer multitud de servicios a velocidades muy altas. Con los nuevos estándares como el
5G y el 802.11ax nos encontramos cada vez más en el terreno de la conexión permanente y el Internet
de las cosas, donde todo nuestro entorno está en constante comunicación y los servicios se integran
plenamente a nuestra vida diaria sin importar nuestra ubicación geográfica.
Con esto, es posible afirmar que las redes inalámbricas se encuentran en pleno apogeo, y
el futuro que les depara es brillante. Es una necesidad como ingenieros el estar constantemente
actualizados en los avances de estas tecnoloǵıas, ya que su impacto no solo se limita a nuestro
campo, sino que cubren a much́ısimas personas alrededor del mundo. Desde la educación hasta la
medicina, el ĺımite de sus aplicaciones todav́ıa está por descubrirse.
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https://www.oas.org/en/citel/infocitel/2009/septiembre/wimax_e.asp
Jaquelina López
Totalmente de acuerdo :)
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https://repository.upb.edu.co/bitstream/handle/20.500.11912/866/digital_19201.pdf?sequence=1&isAllowed=y
http://132.248.9.195/ptb2011/octubre/0674640/0674640_A1.pdf
http://images.telequismo.com/IMG/IEEE_802_16_(Wimax).pdf
	Introducción
	Desarrollo
	WPAN: IEEE 802.15 Bluetooth
	WLAN: IEEE 802.11 Wi-Fi
	WMAN: IEEE 802.16
	Comunicaciones móviles
	GSM-2G
	UMTS-3G
	LTE-4G
	WWAN: IEEE 802.20
	WRAN: IEEE 802.22
	Conclusiones