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Estándares 5G, 4G y 3G: LTE, GSM CDMA, ISM, WCDMA, HSPA
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Estándares 5G - 4G - 3G. LTE (4G), GSM (3G y 2G), CDMA (3G y 2G), 5G e ISM.
Los estándares de comunicaciones móviles han evolucionado de forma acelerada en las últimas décadas para responder a una demanda creciente de velocidad, capacidad, baja latencia y confiabilidad. Tecnologías como GSM, CDMA, WCDMA, HSPA, LTE y 5G han marcado hitos en la historia de las telecomunicaciones inalámbricas, mientras que las bandas ISM han permitido el desarrollo de aplicaciones industriales, científicas y de IoT fuera del entorno celular tradicional.
Este artículo mantiene el contenido original, pero lo amplía y actualiza para ofrecer una visión más completa y contextualizada de los estándares 3G, 4G y 5G, sus principios de funcionamiento, sus diferencias técnicas y su relevancia actual.
Las tecnologías celulares más conocidas incluyen LTE (4G), GSM (2G y 3G), CDMA (2G y 3G), 5G y, de forma complementaria, las bandas ISM. La diferencia fundamental entre estas tecnologías modernas radica en cómo transmiten y reciben la información, cómo gestionan el acceso de múltiples usuarios y qué tan eficientemente utilizan el espectro radioeléctrico.
A medida que avanzamos de 2G y 3G hacia 4G y 5G, se observa una transición clara desde redes centradas en la voz hacia redes totalmente orientadas a datos, con arquitecturas basadas en IP, mayor flexibilidad y soporte para nuevas aplicaciones como video en alta definición, realidad aumentada, vehículos conectados e Internet de las Cosas (IoT).
LTE (4G – Long Term Evolution)
LTE (Long Term Evolution) es un estándar de comunicación 4G diseñado para ser aproximadamente 10 veces más rápido que el 3G estándar. Su objetivo principal fue mejorar drásticamente la velocidad de transmisión, reducir la latencia y aumentar la eficiencia espectral.
LTE proporciona comunicaciones basadas completamente en IP, incluyendo voz (VoLTE), multimedia y transmisión de datos. Las velocidades típicas varían desde 100 Mbit/s en movilidad hasta 1 Gbit/s en escenarios ideales con LTE-Advanced.
Uno de los pilares técnicos de LTE es el uso de OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) en el enlace descendente y SC-FDMA en el enlace ascendente. Esto permite dividir el canal en múltiples subportadoras, optimizando el uso del espectro y reduciendo interferencias.
Además, LTE incorpora técnicas avanzadas como:
- MIMO (Multiple Input Multiple Output)
- Agregación de portadoras
- Modulación adaptativa (QPSK, 16-QAM, 64-QAM y superiores)
Estas mejoras hacen que LTE siga siendo una tecnología clave, incluso en la era 5G, ya que muchas redes 5G se apoyan inicialmente en infraestructura 4G existente.
GSM (2G y 3G)
GSM es la abreviatura de Sistema Global para las Comunicaciones Móviles. Es una tecnología celular digital ampliamente adoptada a nivel mundial, especialmente durante la era 2G, y posteriormente evolucionada para soportar datos en 3G.
GSM opera típicamente en rangos de frecuencia entre 850 MHz y 1900 MHz, aunque existen variantes regionales. Utiliza una técnica de acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) para permitir que múltiples usuarios compartan la misma banda de frecuencia.
En GSM, los datos de voz se convierten en una señal digital y se transmiten en ranuras de tiempo asignadas, con velocidades originales de entre 64 kbps y 120 kbps. Aunque estas tasas son bajas comparadas con los estándares modernos, GSM fue revolucionario por su fiabilidad, interoperabilidad y alcance global.
Las extensiones de GSM, como GPRS y EDGE, permitieron el acceso básico a Internet móvil antes de la llegada del 3G completo.
CDMA (2G y 3G)
CDMA (Code Division Multiple Access), o Acceso Múltiple por División de Código, es un método de comunicación en el que múltiples transmisiones simultáneas comparten el mismo canal de frecuencia.
En lugar de dividir el canal en tiempo o frecuencia, CDMA asigna a cada transmisión un código único. El receptor utiliza ese código para recuperar la señal deseada, mientras que las demás señales se perciben como ruido de fondo.
Las ventajas de CDMA incluyen:
- Mayor capacidad del sistema
- Mejor resistencia a interferencias
- Uso eficiente del espectro
CDMA fue ampliamente utilizado en redes 2G y 3G, especialmente en América del Norte, aunque hoy en día ha sido prácticamente reemplazado por LTE y 5G.
WCDMA y HSPA (3G)
WCDMA (Wideband CDMA) es una evolución de CDMA y constituye la base del estándar UMTS (3G). Ofrece mayores anchos de banda y mejores tasas de datos que GSM y CDMA tradicionales.
Sobre WCDMA se desarrollaron tecnologías como HSPA (High Speed Packet Access) y HSPA+, que permitieron velocidades de varios Mbps, habilitando aplicaciones como navegación web, streaming básico y videollamadas.
Estas tecnologías marcaron la transición real hacia el Internet móvil, sentando las bases para LTE.
ISM (Industrial, Scientific and Medical)
Las bandas ISM están reservadas para usos industriales, científicos y médicos y no fueron diseñadas originalmente para telecomunicaciones públicas. Ejemplos comunes incluyen 2,4 GHz, 5,8 GHz y 915 MHz.
A pesar de ello, estas bandas se han convertido en un pilar para tecnologías como:
Su principal característica es que son bandas sin licencia, lo que facilita la innovación, aunque también implica mayores niveles de interferencia.
Tecnología celular 5G
La tecnología 5G promete llevar la transferencia de datos móviles a velocidades que rivalizan con las redes de fibra óptica. Ofrece mejoras significativas en:
- Velocidad
- Latencia ultrabaja
- Capacidad de conexión masiva
- Fiabilidad
5G, que significa quinta generación de sistemas inalámbricos, comenzó su despliegue comercial a partir de 2018. Las redes 5G utilizan tanto bandas heredadas de 4G como nuevas bandas específicamente asignadas.
Tecnología celular 5G
El 5G promete impulsar la transferencia de datos móviles a velocidades que rivalizan con las redes de fibra óptica más rápidas. El 5G ofrece un mejor ancho de banda, capacidad y fiabilidad de banda ancha a niveles muy superiores al 4G.
5G, que significa sistemas inalámbricos de quinta generación, consiste en redes celulares mejoradas de quinta generación desplegadas en 2018 y más allá. Las redes utilizan bandas de frecuencia 4G o 5G recién especificadas.
Bandas de frecuencia 5G vs. 4G LTE
Las principales tecnologías detrás de 5G incluyen el uso de ondas milimétricas (mmWave) en bandas como 26, 28, 38 y 60 GHz, capaces de ofrecer velocidades teóricas de hasta 20 Gbps.
El uso de Massive MIMO, con configuraciones de 64 a 256 antenas, permite un rendimiento hasta 10 veces superior al de las redes 4G actuales.
El 5G de banda baja y media opera entre 600 MHz y 6 GHz, destacando rangos como 3,5 a 4,2 GHz, que ofrecen un equilibrio entre cobertura y velocidad.
Bandas 5G por región
- Estados Unidos: 3100–3550 MHz, 3700–4200 MHz, y mmWave en 27,5–28,35 GHz y 37–40 GHz
- Europa: 3400–3800 MHz
- China: 3300–3600 MHz, 4400–4500 MHz, 4800–4990 MHz
- Japón: 3600–4200 MHz, 4400–4900 MHz
- Corea: 3400–3700 MHz
Conclusión
Desde GSM y CDMA hasta LTE y 5G, la evolución de los estándares celulares refleja un cambio profundo hacia redes más rápidas, flexibles y orientadas a datos. Comprender estas tecnologías y sus bandas de frecuencia es esencial para aplicaciones modernas como IoT, 5G industrial, smart cities y comunicaciones críticas, donde la conectividad inalámbrica es un habilitador clave del futuro digital.
FAQs
¿Cuál es la principal diferencia entre 3G, 4G (LTE) y 5G?
La diferencia principal entre 3G, 4G y 5G está en la velocidad de transmisión, la latencia, la capacidad de la red y la eficiencia en el uso del espectro. Mientras que 3G se enfocó en habilitar datos móviles básicos, 4G/LTE introdujo redes totalmente basadas en IP con altas velocidades, y 5G lleva esto más allá al soportar latencia ultrabaja, velocidades cercanas a la fibra óptica y conexión masiva de dispositivos IoT.
¿Qué es LTE y por qué sigue siendo importante en la era 5G?
LTE (Long Term Evolution) es el estándar 4G que permitió un gran salto en velocidad y eficiencia respecto al 3G. Sigue siendo fundamental porque muchas redes 5G actuales se apoyan en infraestructura LTE existente, especialmente en despliegues no independientes (NSA). Además, LTE ofrece cobertura amplia, estabilidad y compatibilidad con millones de dispositivos en todo el mundo.
¿Qué diferencias existen entre GSM y CDMA?
GSM y CDMA son tecnologías celulares utilizadas principalmente en redes 2G y 3G, pero difieren en su método de acceso. GSM utiliza TDMA, dividiendo el canal en ranuras de tiempo, mientras que CDMA usa códigos únicos para que múltiples transmisiones compartan la misma frecuencia. GSM tuvo mayor adopción global, mientras que CDMA fue más común en América del Norte.
¿Qué papel tuvieron WCDMA y HSPA en la evolución del Internet móvil?
WCDMA y HSPA fueron tecnologías clave del estándar 3G que permitieron el acceso real a Internet móvil, con velocidades suficientes para navegación web, streaming básico y videollamadas. Estas tecnologías marcaron la transición entre redes centradas en la voz y redes orientadas a datos, sentando las bases técnicas para el desarrollo de LTE.
¿Qué son las bandas ISM y por qué son importantes para IoT?
Las bandas ISM (Industrial, Scientific and Medical) son bandas de frecuencia sin licencia, como 2,4 GHz, 5,8 GHz y 915 MHz. Son fundamentales para tecnologías como Wi-Fi, Bluetooth, Zigbee y LoRa, y para aplicaciones IoT, ya que permiten innovación rápida y despliegues flexibles, aunque con mayor riesgo de interferencias.
¿Qué ventajas ofrece 5G frente a 4G LTE?
5G ofrece mejoras significativas frente a 4G LTE, incluyendo velocidades mucho más altas (hasta 20 Gbps teóricos), latencia ultrabaja, mayor capacidad de conexión simultánea y mayor fiabilidad. Estas características hacen posible aplicaciones avanzadas como IoT industrial, vehículos conectados, smart cities, realidad aumentada y comunicaciones críticas.