23 jul. 2010

Como Funcionan los teléfonos celulares

Los teléfonos celulares, por sofisticados que sean y luzcan, no dejan de ser radio transmisores personales.
Siendo un sistema de comunicación telefónica totalmente inalámbrica, los sonidos se convierten en señales electromagnéticas, que viajan a través del aire, siendo recibidas y transformadas nuevamente en mensaje a través de antenas repetidoras o vía satélite.
Para entender mejor cómo funcionan estos sofisticados aparatos puede ayudar compararlos con una radio de onda corta (OC) o con un walkie-talkie. Un radio OC es un aparato simple. Este permite que dos personas se comunique utilizando la misma frecuencia, así que sólo una persona puede hablar al tiempo. Un telefono celular es un dispositivo dual, esto quiere decir que utiliza una frecuencia para hablar, y una segunda frecuencia aparte para escuchar. Una radio OC tiene 40 canales. Un teléfono celular puede utilizar 1664 canales. Estos teléfonos también operan con “células” (o “celdas”) y pueden alternar la célula usada a medida que el teléfono es desplazado. Las células le dan a los teléfonos un rango mucho mayor a los dispositivos que lo comparamos. Un walkie-talkie puede transmitir hasta quizás una milla. Una radio OC, debido a que tiene un poder mucho más alto, puede transmitir hasta 5 millas. Alguien que utiliza un telefono celular, puede manejar a través de toda la ciudad y mantener la conversación todo el tiempo. Las células son las que dan a los teléfonos celulares un gran rango.
En un radio simple, ambos transmisores utilizan la misma frecuencia. Sólo uno puede hablar al tiempo.
El telefono celular estándar de la primera generación estableció un rango de frecuencias entre los 824 Megahertz y los 894 para las comunicaciones analógicas. Para enfrentar la competencia y mantener los precios bajos, este estándar estableció el concepto de dos portadores en cada mercado, conocidos como portadores A y B. A cada portador se le da 832 frecuencias de voz, cada una con una amplitud de 30 Kilohertz. Un par de frecuencias (una para enviar y otra para recibir) son usadas para proveer un canal dual por teléfono. Las frecuencias de transmisión y recepción de cada canal de voz están separadas por 45 Megahertz. Cada portador también tiene 21 canales de datos para usar en otras actividades.
La genialidad del teléfono celular reside en que una ciudad puede ser dividida en pequeñas "células" (o celdas), que permiten extender la frecuencia por toda una ciudad. Esto es lo que permite que millones de usuarios utilicen el servicio en un territorio amplio sin tener problemas. He aquí como funciona. Se puede dividir un área (como una ciudad) en células. Cada célula es típicamente de un tamaño de 10 millas cuadradas (unos 26Km2). Las células se imaginan como unos hexágonos en un campo hexagonal grande, como este:
Sin embargo, el tamaño de las células puede variar mucho dependiendo del lugar en que se encuentre. Las estaciones de base se separan entre 1 a 3 Km. en zonas urbanas, aunque pueden llegar a separarse por más de 35Km en zonas rurales. En zonas muy densamente pobladas o áreas con muchos obstáculos (como ser edificios altos), las células pueden concentrarse en distancias cada vez menores. Algunas tecnologías, como los PCS (Personal Communication Services), requieren células muy cercanas unas de otras debido a su alta frecuencia y bajo poder en el que operan. Los edificios pueden, a su vez, interferir con el envío de las señales entre las células que se encuentren más lejanas, por lo que algunos edificios tienen su propia "microcélula." Los subterráneos son típicos escenarios donde una microcélula se hace necesaria. Microcélulas pueden ser usadas para incrementar la capacidad general de la red en zonas densamente pobladas como ser los centros capitalinos.
Debido a que los teléfonos celulares y las estaciones de base utilizan transmisores de bajo poder, las mismas frecuencias pueden ser reutilizadas en células no adyacentes.
Cada celda en un sistema análogo utiliza un séptimo de los canales de voz disponibles. Eso es, una celda, más las seis celdas que la rodean en un arreglo hexagonal, cada una utilizando un séptimo de los canales disponibles para que cada celda tenga un grupo único de frecuencias y no haya colisiones entre células adyacentes.
De esta forma, en un sistema analógico, en cualquier celda pueden hablar 59 personas en sus teléfonos celulares al mismo tiempo. Con la transmisión digital, el número de canales disponibles aumenta. Por ejemplo el sistema digital TDMA puede acarrear el triple de llamadas en cada celda, alrededor de 168 canales disponibles simultáneamente.
Cada célula tiene una estación base que consta de una torre y un pequeño edificio en donde se tiene el equipo de radio. Cada célula utiliza un séptimo de los 416 canales duales de voz. Dejando entonces a cada célula aproximadamente los 59 canales disponibles nombrados anteriormente.
Si bien los números pueden variar dependiendo de la tecnología usada en el lugar, las cantidades sirven para mostrar cómo funciona esta tecnología; que en caso de tratarse de una generación más moderna, puede de todas formas extrapolarse directamente.
Los teléfonos celulares poseen unos transmisores de bajo poder dentro de ellos. Muchos teléfonos celulares tienen 2 fuerzas de señal: 0.6 Watts y 3 Watts (como comparación, la mayoría de los radios de onda corta transmiten a 5 Watts). La estación base también transmite a bajo poder. Los transmisores de bajo poder tienen 2 ventajas:
El consumo de energía del teléfono, que normalmente opera con baterías, es relativamente bajo. Esto significa que bajo poder requiere baterías pequeñas, y esto hace posible que existan teléfonos que caben en la mano. A su vez aumenta en forma considerable el tiempo en que se puede usar el teléfono entre carga y carga de la batería.
Las transmisiones de las estaciones base y de los teléfonos no alcanzan una distancia más allá de la célula. Es por esto que en la figura de arriba en cada celda se pueden utilizar las mismas frecuencias sin interferir unas con otras.
Las transmisiones de la base central y de los teléfonos en la misma celda no salen de ésta. Por lo tanto, cada celda puede reutilizar las mismas 59 frecuencias a través de la ciudad.
La tecnología celular requiere un gran número de estaciones base para ciudades de cualquier tamaño. Una ciudad típica grande puede tener cientos de torres emisoras. Pero debido a que hay tanta gente utilizando teléfonos celulares, los costos se mantienen bajos para el usuario. Cada portador en cada ciudad tiene una oficina central llamada MTSO . Esta oficina maneja todas las conexiones telefónicas y estaciones base de la región.
Cuando el usuario desea realizar una llamada, el telefono celular envía un mensaje a la torre solicitando una conexión a un número de teléfono específico. Si la torre dispone de los suficientes recursos para permitir la comunicación, un dispositivo llamado "switch" conecta la señal del telefono celulare a un canal el la red de telefonía pública. La llamada en este momento toma un canal inalámbrico así como un canal en la red de telefonía pública que se mantendrán abiertos hasta que la llamada se concluya.
Digamos que usted tiene un celular, lo enciende, y alguien trata de llamarle. La MTSO recibe la llamada, y trata de encontrarlo. Desde los primeros sistemas la MTSO lo encontraba activando su teléfono (utilizando uno de los canales de control, ya que su teléfono se encuentra siempre escuchando) en cada célula de la región hasta que su teléfono respondiera. Entonces la estación base y el teléfono decidirán cuál de los 59 canales en su telefono celular usará. Ahora estará conectado a la estación base y puede empezar a hablar y escuchar.
A medida que usted se mueva en la célula, la estación base notará que la fuerza de su señal disminuye. Entretanto, la estación base de la célula hacia la que se está moviendo (que está escuchando la señal) será capaz de notar que la señal se hace más fuerte. Las dos estaciones base se coordinan a sí mismas a través del MTSO, y en algún punto su teléfono obtiene una señal que le indica que cambie de frecuencia. Este cambio hace que su teléfono mude su señal a otra célula.
En sistemas modernos los teléfonos esperan una señal de identificación del sistema (IDS) del canal de control cuando se encienden. El teléfono también transmite una propuesta de registro y la red mantiene unos datos acerca de su ubicación en una base de datos (de esta forma es que la MTSO sabe en que célula se encuentra si quiere timbrar su teléfono). A medida que se mueve entre células, el teléfono detecta los cambios en la señal, los registra y compara para con los de la nueva célula cuando cambia de canal. Si el teléfono no puede hallar canales para escuchar se sabe que está fuera de rango y muestra un mensaje de "sin servicio".
Éste es, en forma bastante simplificada, el funcionamiento de la telefonía celular; abarcando desde el aspecto teórico en la división de las zonas geográficas en células, hasta el intercambio de ondas electro magnéticas necesario para establecer una sencilla comunicación entre dos teléfonos celulares. Si bien puede enfocarse el tema de manera mucho más técnica, deteniéndose más en aspectos de frecuencia y amplitud de las ondas por ejemplo, preferimos darle un enfoque más general, dando sí algunos datos técnicos específicos que nos parecieron de mayor relevancia para el entendimiento general del tema.

Rosetta descubre cautivadora belleza en el espacio profundo

La nave espacial Rosetta, de la Agencia Espacial Europea (European Space Agency o ESA, en idioma inglés), ha enviado fotografías en primer plano del asteroide Lutetia, una reliquia cubierta de cráteres que proviene del nacimiento del sistema solar. Las imágenes, que revelan un pequeño universo de belleza extraña y cautivadora, mantienen entusiasmados a los científicos.
"Jamás había visto algo como esto", dice Claudia Alexander, investigadora estadounidense del proyecto Rosetta. "Parece como si se hubiese desprendido del asteroide madre; es todo ángulos y planicies, impactos antiguos superpuestos a los más recientes, cubiertos por alguna clase de polvo".
En particular, a Alexander le intriga la gigantesca hendidura que se encuentra ubicada en el costado del asteroide.
"Lo primero que pensé fue que es el remanente de un enorme choque que ocurrió en algún momento de un pasado ya distante", dice Alexander. "Las esquinas se ven poco profundas en vez de afiladas y hondas, como sería el caso de un cráter recién formado. Sin duda alguna, se llevarán a cabo muchos más análisis de ese rasgo durante las próximas semanas".
Y luego está la misteriosa sospecha de que en algún momento en el tiempo los peñones rodaron sierra abajo sobre Lutetia.
"Si es eso lo que en realidad estamos viendo, la pregunta sería: ¿qué fue lo que los hizo rodar? Tal vez el asteroide rotó hacia arriba, rotó hacia abajo, o experimentó alguna irregularidad en su órbita. Todavía no está claro que el asteroide estuviera sujeto a las fuerzas capaces de causar estas cosas. Ese es otro tema que deberá ser estudiado".
"En este momento tenemos más preguntas que respuestas", continúa Alexander. "A esta altura, sólo podemos especular sobre lo que estamos viendo en las fotos".
Durante muchos años, el asteroide Lutetia ha sido blanco de interés entre los astrónomos. Es uno de los asteroides más grandes del sistema solar y tiene un extraño espectro de luz reflejada que no se ve para nada parecido a algún otro asteroide. Dado que la sonda Rosetta pasará cerca de él en su ruta rumbo al blanco principal, el cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, en 2014, los planificadores de la misión no podían dejar pasar la oportunidad.
Ahora que Alexander ha visto las imágenes, no puede evitar imaginarse cómo sería pasear sobre la superficie del asteroide.
"A los astronautas se les haría difícil caminar sobre Lutetia; probablemente la gravedad allí es mucho menor que en la Luna", dice ella. "Además, el regolito de la superficie es bien polvoriento, de modo que los astronautas se hundirían alrededor de 2,5 centímetros (media pulgada) en cada paso que dieran".
El MIRO (Microwave Instrument for the Rosetta Orbiter o Instrumento de Microondas para el Orbitador Rosetta, en idioma español), de la NASA, ayudará a determinar si las capas de la superficie son polvorientas o rocosas. A medida que los investigadores analicen los datos proporcionados por los demás instrumentos de la sonda Rosetta, podrán determinar la masa y la densidad de Lutetia, revelando así mucha más información sobre la composición del asteroide y ayudando a resolver el acertijo sobre su origen.
¿Es Lutetia un fragmento planetario de 130 kilómetros que se desprendió hace miles de millones de años? ¿O es acaso uno de los componentes básicos planetarios originales, que los astrónomos llaman "planetesimales", que ha permanecido en su estado inicial porque jamás fue capturado por ningún planeta durante los años de formación del sistema solar?
A medida que los científicos comiencen a responder estas preguntas, mediante los datos proporcionados por la sonda Rosetta, obtendrán nuevas revelaciones sobre el origen y la historia de los asteroides, y también aprenderán mucho más sobre la evolución misma del sistema solar. El contenido de un asteroide puede revelar algo sobre las condiciones y la composición de la nebulosa solar donde se formó el asteroide.
"Rosetta tomó mediciones usando 17 instrumentos distintos", dice Rita Schulz, investigadora del proyecto de la ESA para la misión Rosetta. "Una vez que se hayan analizado todos los datos, Lutetia se habrá convertido en uno de los asteroides más conocidos".
"Estas espectaculares imágenes", dice, "apenas son el comienzo".

Facebook alcanza los 500 millones de usuarios

La red social Facebook anunció que acaba de superar la marca de 500 millones de usuarios.
Eso significa que aproximadamente el equivalente al 8% de la población mundial está inscrita en Facebook.
Si esa cifra representara a un país, sería la nación más poblada del mundo después de China e India.
El hombre que fundó esa red social hace seis años, Mark Zuckerberg, recientemente vaticinó que Facebook llegará a tener 1.000 millones de usuarios.
Sin embargo, algunos observadores sostienen que ya alcanzó su auge debido a señales de merma en su popularidad entre adultos jóvenes en Estados Unidos, su base original de usuarios.
Facebook es abrumadoramente la red social dominante en muchos países, pero de acuerdo a su fundador tal no es el caso en China, Japón, Rusia y Corea del Sur", señalo Mark Gregory.
El crecimiento descomunal de Facebook ha ido acompañado de algunos tropiezos.
"Su historial de protección de datos personales ha sido altamente criticado y dio lugar a una reestructuración reciente de sus procedimientos", agregó nuestro corresponsal.
Por otro lado varios individuos han reclamado a través de demandas legales la autoría intelectual de la idea de la red social.

NASA recibirá a doce jóvenes uruguayos

Diseñar una ciudad en el espacio para 10.000 personas. Esto es lo que hará un grupo de estudiantes de secundaria de Uruguay en una competencia que se realizará la semana próxima, en el Centro Espacial Johnson de la NASA, ubicado en Houston, Texas.
Doce jóvenes de Juan Lacaze, una ciudad del departamento uruguayo de Colonia, integran el único grupo latinoamericano que se clasificó para la competencia internacional de diseño de una ciudad espacial (International Space Settlement Design Competition) y competirán con otros once equipos de distintas partes del mundo.
"Nos clasificamos con el diseño de un establecimiento para 1.700 personas que se ubicaría en una órbita de Marte, en el año 2070. Nosotros creamos la gravedad, la rotación alrededor de Marte y sobre su propio eje, y todos los servicios y las comodidades que se tienen en la Tierra", explicó Matías Schenck.
Lo que a primera vista puede parecer un proyecto meramente de ingeniería aeroespacial, el diseño de este lugar al que los jóvenes llamaron "Lamaro", implicó tener en cuenta aspectos sociales, psicológicos, biológicos, urbanísticos, tecnológicos y económicos.
"Todos encontramos algún aspecto que nos interesara. No a todos nos gusta la ingeniería", dijo Marcela Sanguinetti, una joven de 17 años que está considerando estudiar derecho.
La joven explicó que algunos integrantes del grupo se dedicaron a los cálculos de ingeniería, otros a pensar qué tipos de alimentos podrían cultivarse y manipularse genéticamente, y otros, como en su caso, a contemplar los recursos humanos y sociales.
"Siempre tuvimos en cuenta el factor psicológico y social. Podríamos haber diseñado que en las escuelas, en lugar de maestras, hubiera robots a cargo de los niños, pero creemos que el contacto personal es muy importante.
"En el caso del diseño de interiores, creímos que en todas las casas debía haber vistas al espacio para disminuir la sensación de encierro que pudieran tener los residentes", explicó Sanguinetti.
El aspecto económico y financiero atrajo a otros estudiantes.
"Trabajamos como una compañía real, donde existían distintos puestos y, finalmente, tuvimos que participar de una simulación de proceso licitatorio, tratando de vender el producto", explicó Emiliano Herrera, quien se desempeñó como gerente del proyecto.
A la hora de elegir el mejor establecimiento, se evalúa, además de su diseño, los costos de construirlo y la rentabilidad del proyecto, explicó Schenck.
"La construcción de Lamaro insumiría 13 años y medio, a un costo de US$62 millones, que los chicos consideran que se podría amortizar en 50 años."
Las propuestas de desarrollo económico de este establecimiento incluyen la extracción y venta de materiales de Marte, el desarrollo industrial, el desarrollo de tecnología y el turismo, ya sea con turistas que llegan a Lamaro desde la Tierra , así como con turismo interno en Marte.
Para realizar sus cálculos y sus propuestas, los estudiantes se basaron en información encontrada en internet y libros de texto, y recibieron el apoyo inicial de otros jóvenes uruguayos, del departamento de Maldonado, que participaron anteriormente en esta competencia.
Ahora competirán en un equipo más amplio conformado por estudiantes de Estados Unidos y Australia, con los que ya están en contacto a través de un foro de internet.
Ingenieros de la NASA les plantearán un nuevo desafío: el diseño de otra ciudad con requerimientos distintos, que deberán desarrollar y presentar en un plazo de tres días.