Redes de Comunicaciones Móviles
Sistemas Móviles, TETRA, 5G, Satélites, GPS y Aplicación en el SAS
📋 Resumen Ejecutivo
Este tema aborda las redes de comunicaciones móviles, tecnologías esenciales para conectividad ubicua. Se estudia la evolución desde 1G analógico hasta 5G con latencia ultra-baja, pasando por GSM (2G), UMTS (3G) y LTE (4G). Se analiza la radiotelefonía de grupo cerrado TETRA/TETRAPOL para emergencias sanitarias. Los servicios de datos móviles incluyen SMS, MMS, navegación web, streaming y IoT. Las redes por satélite (LEO, MEO, GEO) proporcionan cobertura global: Iridium, Globalstar, Inmarsat, Starlink. Los sistemas de posicionamiento GNSS (GPS, GLONASS, Galileo, BeiDou) permiten localización precisa con aplicaciones en ambulancias, gestión de flotas y telemedicina. Finalmente, se examina la implementación en el Servicio Andaluz de Salud: comunicaciones de emergencias 061, telemedicina rural, ambulancias conectadas y monitorización remota de pacientes.
1. Introducción a las Redes de Comunicaciones Móviles
1.1. Definición y Características
Las redes de comunicaciones móviles permiten conectividad inalámbrica para usuarios en movimiento mediante infraestructura de estaciones base (antenas) que cubren áreas geográficas.
Características fundamentales:
- Movilidad: Usuarios se desplazan entre celdas sin perder conexión (handover/handoff)
- Acceso inalámbrico: Transmisión por ondas de radio en bandas de frecuencia licenciadas
- Arquitectura celular: División del territorio en celdas hexagonales (idealmente) con estación base central
- Reutilización de frecuencias: Mismas frecuencias reutilizadas en celdas no adyacentes para maximizar capacidad
- Roaming: Acceso a servicio fuera del operador/país de origen mediante acuerdos entre operadores
- Identificación única: IMSI (International Mobile Subscriber Identity) identifica suscriptor, IMEI (International Mobile Equipment Identity) identifica terminal
1.2. Arquitectura Básica de Red Móvil
Componentes principales:
- MS (Mobile Station): Terminal móvil + tarjeta SIM/USIM
- BTS/NodeB/eNodeB (Estación Base): Antena que comunica con terminales en su celda
- BSC/RNC (Controlador de Estaciones Base): Gestiona múltiples estaciones base, control de handover
- Core Network (Red Troncal):
- MSC (Mobile Switching Center): Conmutación de llamadas de voz
- HLR (Home Location Register): Base de datos de suscriptores
- VLR (Visitor Location Register): Suscriptores temporales en área
- AuC (Authentication Center): Autenticación y cifrado
- EIR (Equipment Identity Register): Lista de IMEIs válidos/bloqueados
- GGSN/PGW (Gateway): Conexión a redes de datos externas (Internet)
2. Evolución de las Redes Móviles: De 1G a 5G
📞 1G – Primera Generación
Años 1980s
Tecnologías: AMPS (EE.UU.), NMT (Europa), TACS (UK)
Servicios: Solo voz analógica
Velocidad: N/A (analógico)
Problemas: Sin seguridad (fácil intercepción), baja capacidad, incompatibilidad entre países
Estado: Obsoleto (apagado)
📱 2G – Segunda Generación (GSM)
1991 – 2020s
Tecnologías: GSM (Europa, estándar global), CDMA IS-95 (EE.UU.)
Servicios: Voz digital, SMS (160 caracteres), datos básicos (CSD)
Frecuencias: 900 MHz, 1800 MHz (DCS1800)
Seguridad: Cifrado A5/1, autenticación con SIM
Evolución: GPRS (2.5G: 56-114 Kbps), EDGE (2.75G: 236 Kbps teórico)
Estado: Apagado en proceso (sunset) – España: apagado 2025
🌐 3G – Tercera Generación (UMTS)
2001 – presente
Tecnologías: UMTS/WCDMA (Europa), CDMA2000 (EE.UU.)
Servicios: Voz, videollamadas, navegación web, email, MMS
Frecuencias: 2100 MHz (banda 1), 900 MHz (banda 8)
Evolución: HSPA (3.5G: 14.4 Mbps), HSPA+ (3.75G: 42 Mbps downlink)
Estado: Apagado en proceso – Algunos operadores mantienen hasta 2030
🚀 4G – Cuarta Generación (LTE)
2009 – presente
Tecnologías: LTE (Long Term Evolution), LTE-Advanced (LTE-A)
Servicios: All-IP (todo sobre IP), streaming HD/4K, gaming, VoLTE (voz sobre LTE)
Frecuencias: 800 MHz, 1800 MHz, 2600 MHz (España)
Características: OFDMA (downlink), SC-FDMA (uplink), MIMO (hasta 8×8)
Latencia: 30-50 ms
Estado: Dominante actual
⚡ 5G – Quinta Generación
2019 – presente/futuro
Tecnologías: 5G NR (New Radio), Standalone (SA) y Non-Standalone (NSA)
Servicios: eMBB (banda ancha móvil mejorada), URLLC (baja latencia ultra-confiable), mMTC (IoT masivo)
Frecuencias:
- Sub-6 GHz: 700 MHz (banda 28), 3.5 GHz (banda 78) – cobertura
- mmWave: 26 GHz (banda n258), 28 GHz – capacidad extrema, alcance corto
Características: Massive MIMO (64-256 antenas), beamforming, network slicing
Latencia: 1-10 ms (URLLC: <1 ms)
Estado: Despliegue en curso – España: 75% cobertura 2025
2.1. Comparación de Generaciones
| Generación | Tecnología | Velocidad Máx. | Latencia | Servicios Principales | Estado |
|---|---|---|---|---|---|
| 1G | AMPS, NMT | Analógico | N/A | Voz analógica | Obsoleto |
| 2G | GSM, CDMA | 14.4 Kbps | 300-500 ms | Voz digital, SMS | Sunset 2025 |
| 2.5G | GPRS | 114 Kbps | 300-500 ms | Email básico, WAP | Sunset 2025 |
| 2.75G | EDGE | 236 Kbps | 150-200 ms | Navegación web básica | Sunset 2025 |
| 3G | UMTS | 2 Mbps | 100-150 ms | Videollamada, web móvil | En declive |
| 3.5G | HSPA | 14.4 Mbps | 50-100 ms | Streaming SD, apps | En declive |
| 4G | LTE | 150 Mbps | 30-50 ms | Streaming HD, VoLTE | Dominante |
| 4.5G | LTE-A | 1 Gbps | 20-30 ms | Streaming 4K, VR básica | Desplegado |
| 5G | 5G NR | 20 Gbps | 1-10 ms | 8K, XR, IoT masivo, cirugía remota | Despliegue |
3. GSM (2G) – Global System for Mobile Communications
3.1. Arquitectura GSM
GSM, desarrollado por ETSI (European Telecommunications Standards Institute) en 1991, se convirtió en el estándar global de telefonía móvil con más del 80% de cuota de mercado mundial.
Subsistemas GSM:
1. MS (Mobile Station):
- ME (Mobile Equipment): Terminal físico (teléfono)
- SIM (Subscriber Identity Module): Tarjeta con IMSI, Ki (clave de autenticación), agenda, SMS
2. BSS (Base Station Subsystem):
- BTS (Base Transceiver Station): Transceptor de radiofrecuencia, una o más por celda
- BSC (Base Station Controller): Control de múltiples BTSs, gestión de handover, asignación de canales
3. NSS (Network Switching Subsystem):
- MSC (Mobile Switching Center): Central de conmutación, enrutamiento de llamadas
- HLR (Home Location Register): BD permanente de suscriptores (IMSI, MSISDN, servicios contratados, ubicación actual)
- VLR (Visitor Location Register): BD temporal de suscriptores en área MSC (copia de datos HLR)
- AuC (Authentication Center): Algoritmos de autenticación y generación de claves de cifrado
- EIR (Equipment Identity Register): Lista blanca/gris/negra de IMEIs (terminales robados bloqueados)
3.2. Servicios GSM
- Voz digital: Codec GSM (13 kbps), calidad superior a analógico
- SMS (Short Message Service): 160 caracteres, store-and-forward
- CSD (Circuit Switched Data): 9.6 kbps, conexión dial-up
- Servicios suplementarios: Desvío de llamadas, llamada en espera, identificación de llamante
3.3. Seguridad GSM
- Autenticación: SIM posee Ki (clave secreta 128-bit), AuC genera desafío RAND, SIM calcula respuesta SRES = A3(RAND, Ki)
- Cifrado: Algoritmo A5/1 (débil, crackeado) o A5/3 (más seguro), cifra tráfico aire pero no extremo a extremo
- Anonimato: TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) en lugar de IMSI para evitar rastreo
4. UMTS/3G – Universal Mobile Telecommunications System
4.1. Características UMTS
UMTS (3G) basado en tecnología WCDMA (Wideband CDMA) proporciona velocidades de hasta 2 Mbps (42 Mbps con HSPA+).
Mejoras sobre GSM:
- Mayor velocidad: 384 Kbps (móvil), 2 Mbps (estacionario)
- Ancho de banda: 5 MHz (vs 200 KHz en GSM)
- Videollamada: Circuito conmutado de 64/128/384 kbps
- Mejor eficiencia espectral: WCDMA permite múltiples usuarios simultáneos en misma frecuencia con códigos ortogonales
- Handover suave: Conectado a múltiples celdas simultáneamente durante handover (soft handover)
4.2. HSPA – High Speed Packet Access
HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) – 3.5G:
- Downlink hasta 14.4 Mbps
- Modulación adaptativa: QPSK, 16-QAM
- HARQ (Hybrid ARQ): Retransmisión rápida de paquetes erróneos
HSUPA (High Speed Uplink Packet Access):
- Uplink hasta 5.76 Mbps
- Mejora para aplicaciones peer-to-peer y videoconferencia
HSPA+ (Evolved HSPA) – 3.75G:
- Downlink hasta 42 Mbps (con MIMO 2×2 y 64-QAM)
- Uplink hasta 11.5 Mbps
- Latencia reducida: 25-50 ms
5. LTE/4G – Long Term Evolution
5.1. Características LTE
LTE representa un cambio radical: arquitectura all-IP plana (eliminando controladores), OFDMA en downlink, SC-FDMA en uplink.
Especificaciones técnicas:
- Velocidad pico: 150 Mbps downlink (Cat 4), 300 Mbps (Cat 6), 450 Mbps (Cat 9), 1 Gbps (Cat 16 LTE-A)
- Latencia: 10 ms (plano de usuario), 50-100 ms (plano de control)
- Ancho de banda flexible: 1.4, 3, 5, 10, 15, 20 MHz
- Eficiencia espectral: 3-4x superior a HSPA
- Arquitectura plana: eNodeB (estación base) conectado directamente a EPC (Evolved Packet Core) sin controladores intermedios
5.2. Tecnologías Clave LTE
OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access):
- Divide ancho de banda en múltiples subportadoras ortogonales (15 kHz separación)
- Asigna diferentes subportadoras a diferentes usuarios simultáneamente
- Resistente a interferencia multitrayecto
MIMO (Multiple Input Multiple Output):
- Múltiples antenas en transmisor y receptor
- Transmisión de múltiples streams de datos simultáneos
- LTE: 2×2, 4×4 MIMO. LTE-A: hasta 8×8
- Duplica/cuadruplica velocidad sin ancho de banda adicional
Carrier Aggregation:
- Combinación de múltiples canales de frecuencia (hasta 5 carriers en LTE-A)
- Ejemplo: 20 MHz (banda 800) + 20 MHz (banda 1800) = 40 MHz agregados
- Incrementa velocidad pico significativamente
5.3. EPC – Evolved Packet Core
Componentes del núcleo LTE all-IP:
- MME (Mobility Management Entity): Control de movilidad, autenticación, gestión de sesiones
- SGW (Serving Gateway): Enrutamiento de paquetes de datos, anclaje de movilidad
- PGW (PDN Gateway): Conexión a redes externas (Internet), asignación de IP, QoS
- HSS (Home Subscriber Server): Base de datos de suscriptores (evolución de HLR)
- PCRF (Policy and Charging Rules Function): Políticas de QoS y tarificación
5.4. VoLTE – Voice over LTE
- Voz transmitida como paquetes IP sobre LTE (no conmutación de circuitos)
- Codec AMR-WB (HD Voice): 12.65-23.85 kbps, calidad superior a GSM/3G
- Establecimiento de llamada más rápido (~2 segundos vs 7 segundos en 3G)
- Mejor eficiencia espectral: voz y datos simultáneos sin degradación
- Requisito: IMS (IP Multimedia Subsystem) en core network
6. 5G – Quinta Generación
6.1. Casos de Uso 5G
5G no es solo «más rápido», sino que habilita tres casos de uso transformadores:
1. eMBB (Enhanced Mobile Broadband):
- Banda ancha móvil extrema: 1-20 Gbps
- Streaming 8K, VR/AR inmersivo, hologramas
- Uso típico: consumidores, estadios, eventos masivos
2. URLLC (Ultra-Reliable Low-Latency Communications):
- Latencia ultra-baja: <1 ms (crítico)
- Confiabilidad 99.999% (cinco nueves)
- Casos: cirugía remota, vehículos autónomos, automatización industrial
3. mMTC (Massive Machine-Type Communications):
- 1 millón de dispositivos IoT por km²
- Bajo consumo energético: 10 años con batería AA
- Casos: smart cities, agricultura inteligente, monitorización remota
6.2. Tecnologías 5G
Massive MIMO:
- 64-256 antenas en estación base (vs 8 en 4G)
- Beamforming avanzado: haces direccionales hacia cada usuario
- Multiplica capacidad sin ancho de banda adicional
mmWave (Ondas Milimétricas):
- Frecuencias 24-100 GHz (típicamente 26-28 GHz)
- Enorme ancho de banda disponible: 400-800 MHz
- Velocidades multi-Gbps
- Desafío: alcance muy corto (200-300m), penetración débil en edificios
- Uso: áreas densas urbanas, estadios, centros comerciales
Network Slicing:
- Múltiples redes virtuales sobre infraestructura física única
- Cada «slice» con características específicas (latencia, velocidad, confiabilidad)
- Ejemplo: Slice URLLC para ambulancias (baja latencia garantizada), Slice eMBB para entretenimiento, Slice mMTC para sensores
Edge Computing:
- Procesamiento en borde de red (cerca de estación base) en lugar de núcleo centralizado
- Reduce latencia crítica: <1 ms imposible con ida y vuelta a core distante
- Aplicaciones: AR/VR, vehículos autónomos, procesamiento de video en tiempo real
6.3. 5G Standalone (SA) vs Non-Standalone (NSA)
| Aspecto | 5G NSA (Non-Standalone) | 5G SA (Standalone) |
|---|---|---|
| Core Network | EPC (4G) | 5GC (5G Core) |
| Plano de control | LTE (anclaje 4G) | 5G NR puro |
| Plano de usuario | LTE + 5G NR (dual connectivity) | Solo 5G NR |
| Latencia | 15-20 ms (limitada por anclaje LTE) | 1-10 ms (URLLC posible) |
| Network Slicing | No disponible | Completo |
| Despliegue | Rápido (aprovecha 4G existente) | Lento (requiere nueva infraestructura) |
| Estado actual | Mayoría de despliegues iniciales (2019-2022) | Despliegue progresivo (2022+) |
7. Radiotelefonía de Grupo Cerrado (PMR/PAMR)
7.1. Introducción a PMR
PMR (Private Mobile Radio) son sistemas de radiocomunicaciones diseñados para grupos cerrados de usuarios profesionales (policía, bomberos, ambulancias, seguridad).
Características distintivas vs redes públicas (GSM/LTE):
- Comunicación de grupo (PTT – Push To Talk): Un usuario habla, múltiples escuchan simultáneamente
- Llamadas individuales y de grupo: Selectividad flexible
- Prioridad de llamadas: Emergencias tienen prioridad sobre tráfico normal
- Llamadas directas modo-modo (DMO): Comunicación sin infraestructura, rango directo 5-10 km
- Tiempos de establecimiento ultra-rápidos: <300 ms (crítico en emergencias)
- Alta disponibilidad: 99.95% uptime mínimo
- Cifrado extremo a extremo: Seguridad de grado militar
7.2. TETRA – TErrestrial Trunked RAdio
TETRA (ETSI ES 300 392) es el estándar europeo de PMR digital para seguridad pública y servicios de emergencia.
Especificaciones técnicas:
- Frecuencias: 380-400 MHz (seguridad pública europea), 410-430 MHz, 450-470 MHz
- Ancho de canal: 25 kHz
- Modulación: π/4-DQPSK
- Velocidad: 7.2 kbps por slot (28.8 kbps por portadora con 4 slots TDMA)
- TDMA: 4 slots por portadora, permitiendo 4 comunicaciones simultáneas
- Cifrado: TETRA-1 (80-bit, obsoleto), TETRA-2 (AES-128/256)
Servicios TETRA:
- Voz: Individual, grupo (hasta 10,000 miembros), broadcast, emergencia
- Datos: SDS (Short Data Service: hasta 2048 bits), packet data (hasta 28.8 kbps), status messages
- Servicios suplementarios: Ambush (escucha encubierta), DGNA (llamada directa a todos), prioridad, preempción
Modos de operación:
- TMO (Trunked Mode Operation): Operación normal con infraestructura (estaciones base), cobertura extensa
- DMO (Direct Mode Operation): Comunicación directa terminal-a-terminal sin infraestructura, útil cuando red cae o fuera de cobertura, alcance 5-10 km
- Gateway DMO-TMO: Terminal en DMO actúa como repetidor para conectar a red TMO
7.3. TETRAPOL
Sistema PMR digital desarrollado en Francia, competidor de TETRA, usado principalmente en Francia y España.
Diferencias con TETRA:
- Frecuencias: 380-400 MHz
- Ancho de canal: 12.5 kHz (más eficiente espectralmente que TETRA 25 kHz)
- Modulación: GMSK
- FDMA: Múltiples portadoras en lugar de TDMA
- Velocidad de voz: 8 kbps
- Establecimientos de llamada: Típicamente más rápidos que TETRA (~200 ms)
- Uso: Policía Nacional Española (SIRDEE), Policía francesa (ACROPOL)
⚠️ TETRA vs TETRAPOL: Incompatibilidad
TETRA y TETRAPOL son completamente incompatibles entre sí. Un terminal TETRA no puede comunicarse con uno TETRAPOL. Esta fragmentación ha causado problemas de interoperabilidad en emergencias internacionales. En España:
- TETRA: Emergencias 112, bomberos, protección civil, algunas comunidades autónomas
- TETRAPOL: Policía Nacional (SIRDEE), Guardia Civil (SIRDEP)
- Solución: Gateways TETRA-TETRAPOL o terminales dual-mode (caros)
7.4. MCX (Mission Critical Communications) sobre 4G/5G
MCX es la evolución de TETRA/TETRAPOL sobre redes de banda ancha móvil (LTE/5G).
Estándares 3GPP:
- MCPTT (Mission Critical Push To Talk): Voz de grupo sobre LTE (Rel-13)
- MCData: Datos de misión crítica
- MCVideo: Video de misión crítica
Ventajas sobre TETRA:
- Banda ancha: velocidades Mbps vs Kbps de TETRA
- Video en tiempo real HD
- Datos enriquecidos: mapas, planos de edificios, expedientes
- Aprovecha inversiones en redes públicas 4G/5G
Desafíos:
- Dependencia de red pública (disponibilidad no garantizada en catástrofes)
- Cobertura: TETRA cubre zonas rurales mejor que LTE/5G
- Tiempos de establecimiento: MCPTT ~500 ms vs <300 ms TETRA
- Coste: requiere network slicing 5G para garantías de QoS
Futuro: Coexistencia TETRA (voz crítica backup) + MCPTT/5G (datos, video) durante 10-15 años.
8. Servicios de Datos sobre Tecnología Móvil
8.1. SMS – Short Message Service
- Capacidad: 160 caracteres (codificación GSM 7-bit), 70 caracteres (Unicode UCS-2 para idiomas no latinos)
- Arquitectura: Store-and-forward mediante SMSC (Short Message Service Center)
- Tipos: SMS-MT (Mobile Terminated: hacia móvil), SMS-MO (Mobile Originated: desde móvil)
- Usos en SAS: Notificaciones de citas, recordatorios de medicación, alertas epidemiológicas, 2FA
8.2. MMS – Multimedia Messaging Service
- Evolución de SMS: imágenes, audio, video, vCards
- Tamaño típico: 300 KB – 1 MB
- Transmisión sobre GPRS/EDGE/3G
- Estado actual: en declive, reemplazado por WhatsApp/Telegram
8.3. Navegación Web Móvil
- WAP (Wireless Application Protocol): Protocolo primitivo para contenido web adaptado a móviles 2G (obsoleto)
- Mobile Web moderno: HTML5 responsive sobre 3G/4G/5G
- Progressive Web Apps (PWA): Apps web con funcionalidad offline y notificaciones
8.4. Streaming de Video
- Requisitos:
- SD (480p): 1 Mbps – posible con 3G/HSPA
- HD (720p): 3-5 Mbps – requiere 4G
- Full HD (1080p): 5-8 Mbps – 4G/5G
- 4K (2160p): 25+ Mbps – 5G
- Tecnologías: HLS (HTTP Live Streaming), MPEG-DASH (Dynamic Adaptive Streaming), tasa de bits adaptativa según condiciones de red
8.5. IoT Móvil
NB-IoT (Narrowband IoT):
- Tecnología 3GPP específica para IoT sobre LTE
- Ultra-bajo consumo: 10 años batería AA
- Cobertura extendida: +20 dB vs LTE (penetra en sótanos, zonas rurales)
- Velocidad: ~200 kbps (suficiente para sensores)
- Coste módulo: <5€
- Casos SAS: Monitorización remota glucosa/presión, telemetría de equipos médicos ambulantes
LTE-M (LTE for Machines):
- Mayor velocidad que NB-IoT: 1 Mbps
- Soporta movilidad (handover) – adecuado para vehículos
- VoLTE posible (comunicación voz de emergencia)
- Casos SAS: Ambulancias conectadas, telemetría en tiempo real
9. Redes Móviles por Satélite
9.1. Tipos de Órbitas
| Tipo | Altitud | Período Orbital | Latencia | Cobertura | Nº Satélites |
|---|---|---|---|---|---|
| LEO (Low Earth Orbit) | 500-2000 km | 90-120 min | 20-40 ms | Regional móvil | Muchos (66-12000) |
| MEO (Medium Earth Orbit) | 8000-20000 km | 6-12 horas | 70-140 ms | Semi-global | ~24 |
| GEO (Geostationary Orbit) | 35786 km | 24 horas (geoestacionario) | 500-700 ms | Global fija | 3-4 (cobertura global) |
9.2. Sistemas de Comunicaciones por Satélite
🛰️ Iridium
Órbita: LEO (780 km)
Satélites: 66 operativos
Cobertura: Global 100% (polos incluidos)
Servicios: Voz, SMS, datos 2.4-128 Kbps
Latencia: ~40 ms
Terminal: Portátil ruggedizado
Uso SAS: Misiones humanitarias remotas, barcos hospitales
🛰️ Globalstar
Órbita: LEO (1414 km)
Satélites: 48
Cobertura: 80% superficie terrestre (excluye polos)
Servicios: Voz, simplex data, GPS
Latencia: ~40 ms
Limitación: Requiere gateway terrestre en línea de vista
🛰️ Inmarsat
Órbita: GEO
Satélites: 14
Cobertura: Global (excluye polos extremos)
Servicios: Voz, datos hasta 500 Kbps (BGAN), broadband hasta 50 Mbps (GX)
Latencia: ~600 ms
Uso: Marítimo, aviación, gobierno
🛰️ Thuraya
Órbita: GEO
Satélites: 2
Cobertura: Europa, África, Asia, Australia
Servicios: Voz, datos hasta 444 Kbps
Latencia: ~600 ms
Ventaja: Terminales dual-mode (GSM + satélite)
🛰️ Starlink
Órbita: LEO (550 km)
Satélites: ~5000+ (objetivo 42,000)
Cobertura: En expansión, casi global 2025
Servicios: Banda ancha 100-300 Mbps
Latencia: 20-40 ms
Uso SAS: Telemedicina en zonas rurales sin cobertura terrestre
🛰️ Intelsat
Órbita: GEO
Satélites: 50+
Cobertura: Global
Servicios: TV broadcast, backhaul celular, gobierno
Latencia: ~600 ms
9.3. Aplicaciones en el SAS
✅ Comunicaciones por Satélite en Servicios de Salud
- Telemedicina remota: Consultas por videoconferencia en zonas sin cobertura terrestre (sierras andaluzas)
- Ambulancias en zonas rurales: Transmisión ECG en tiempo real vía Inmarsat BGAN
- Dispositivos de localización: Beacons satelitales en ambulancias, helicópteros HEMS
- Emergencias y catástrofes: Comunicaciones cuando infraestructura terrestre colapsa (terremotos, inundaciones)
- Barcos hospitales: Conectividad en alta mar para misiones humanitarias
- Backhaul celular: Conexión de estaciones base GSM/LTE en islas o zonas montañosas mediante satélite
10. Sistemas de Posicionamiento (GNSS)
10.1. Principios de Funcionamiento GNSS
GNSS (Global Navigation Satellite System) permite determinar posición tridimensional (latitud, longitud, altitud) y tiempo preciso mediante satélites.
Principio básico – Trilateración:
- Cada satélite transmite su posición precisa y timestamp
- Receptor mide tiempo que tarda señal en llegar (velocidad luz = 300,000 km/s)
- Distancia = velocidad × tiempo
- Con distancia a 4 satélites, calcula posición 3D + sincronización reloj
Precisión:
- GPS civil (SPS): 5-10 metros (95% tiempo)
- GPS militar (PPS): 1-3 metros (cifrado, uso militar EE.UU.)
- DGPS (Differential GPS): 1-3 metros (estación base corrección)
- RTK (Real-Time Kinematic): 1-2 cm (aplicaciones topografía, agricultura de precisión)
- GNSS multi-constelación: 2-5 metros (combinando GPS+Galileo+GLONASS)
10.2. Sistemas GNSS Mundiales
| Sistema | País/Región | Satélites | Órbita | Cobertura | Estado | Precisión |
|---|---|---|---|---|---|---|
| GPS (NAVSTAR) | 🇺🇸 EE.UU. | 31 operativos | MEO (20,200 km) | Global | Operativo desde 1995 | 5-10 m (civil) |
| GLONASS | 🇷🇺 Rusia | 24 operativos | MEO (19,100 km) | Global | Operativo desde 1995 | 5-10 m |
| Galileo | 🇪🇺 Unión Europea | 28 (24 operativos) | MEO (23,222 km) | Global | IOC desde 2016, FOC 2024 | 1 m (servicio abierto) |
| BeiDou | 🇨🇳 China | 35 (MEO+GEO+IGSO) | MEO (21,500 km) | Global desde 2020 | Operativo | 5-10 m (global), 1 m (Asia-Pacífico) |
| QZSS | 🇯🇵 Japón | 4-7 | IGSO + GEO | Asia-Pacífico | Operativo (aumenta GPS) | 1 m (aumentado) |
| NavIC (IRNSS) | 🇮🇳 India | 8 | GEO + IGSO | India + 1500 km | Operativo desde 2018 | 10-20 m |
10.3. GPS – Global Positioning System
GPS, desarrollado por Departamento de Defensa de EE.UU., es el sistema GNSS más maduro y utilizado.
Segmentos GPS:
1. Segmento Espacial:
- 31 satélites en 6 planos orbitales (55° inclinación)
- Órbita MEO: 20,200 km altitud
- Período orbital: 11 horas 58 minutos
- Vida útil: 10-15 años
2. Segmento de Control:
- Estación de control maestra (Colorado Springs)
- 12 estaciones de monitorización global
- 4 antenas terrestres de subida (upload)
- Función: Monitorizar salud de satélites, actualizar efemérides, sincronizar relojes atómicos
3. Segmento de Usuario:
- Receptores GPS (smartphones, navegadores, dispositivos profesionales)
- Chipsets: Qualcomm, Broadcom, MediaTek (integrados en SoCs móviles)
Señales GPS:
- L1 (1575.42 MHz): Señal civil C/A (Coarse/Acquisition), código PRN 1 MHz
- L2 (1227.6 MHz): Señal militar P(Y) cifrada
- L5 (1176.45 MHz): Señal civil moderna (GPS III), mejor precisión y resistencia a interferencias
10.4. Galileo – Sistema Europeo
Galileo, desarrollado por Unión Europea y Agencia Espacial Europea (ESA), es el sistema GNSS civil más preciso.
Ventajas sobre GPS:
- Mayor precisión: 1 metro (servicio abierto) vs 5-10 m GPS
- Civil puro: No controlado por militares (GPS es del DoD)
- Integridad: Alerta de fallo en 6 segundos (crítico para aviación)
- Servicios múltiples:
- OS (Open Service): Gratuito, 1 m precisión
- HAS (High Accuracy Service): Gratuito, precisión decimétrica sin DGPS
- PRS (Public Regulated Service): Cifrado, gobiernos/emergencias
- CS (Commercial Service): Cifrado, valor añadido
- SAR (Search and Rescue): Balizas de emergencia, localización y confirmación de rescate
Frecuencias Galileo:
- E1 (1575.42 MHz) – Interoperable con GPS L1
- E5a (1176.45 MHz) – Interoperable con GPS L5
- E5b (1207.14 MHz)
- E6 (1278.75 MHz) – Servicios comerciales
10.5. Sistemas de Aumentación
Mejoran precisión de GNSS mediante estaciones terrestres de corrección:
SBAS (Satellite-Based Augmentation System):
- EGNOS (Europa): European Geostationary Navigation Overlay Service, precisión sub-métrica, crítico para aviación
- WAAS (EE.UU.): Wide Area Augmentation System
- MSAS (Japón): Multi-functional Satellite Augmentation System
- GAGAN (India): GPS Aided GEO Augmented Navigation
GBAS (Ground-Based Augmentation System):
- Estaciones terrestres locales en aeropuertos
- Precisión centimétrica para aproximaciones de precisión CAT II/III
10.6. Aplicaciones GNSS en el SAS
ℹ️ Casos de Uso GNSS en Sanidad Andaluza
1. Localización y Despacho de Ambulancias (AVL):
- GPS/Galileo en todas las ambulancias 061
- Centro de Coordinación (CECEM) ve posición en tiempo real
- Algoritmo de despacho: envía ambulancia más cercana al incidente
- Reduce tiempo de respuesta 10-15% (crítico en paradas cardíacas: cada minuto cuenta)
- Geofencing: alertas si ambulancia sale de zona asignada
2. Navegación Asistida a Urgencias:
- Sistemas de navegación integrados en ambulancias con rutas optimizadas
- TMC (Traffic Message Channel) evita atascos
- Priorización de semáforos en verde (en ciudades con sistema implementado)
3. Helicópteros HEMS (Helicopter Emergency Medical Service):
- Localización precisa en montaña/sierra para rescates
- Coordinación con equipos terrestres: «estamos a 500m al norte de vuestra posición»
- Registro de misiones para análisis post-vuelo
4. Monitorización de Flotas:
- Gestión de vehículos de transporte sanitario no urgente
- Optimización de rutas: recogida de pacientes para diálisis, radioterapia
- Control de mantenimiento: alertas por kilometraje
5. Dispositivos Portables de Localización:
- Pulseras GPS para pacientes con Alzheimer/demencia en riesgo de deambulación
- Localización de personal en hospitales grandes (badges con UWB + GPS exterior)
6. Sincronización de Sistemas:
- Servidores NTP (Network Time Protocol) sincronizados con GPS
- Marcas de tiempo precisas en historias clínicas electrónicas (trazabilidad legal)
- Sincronización de equipos médicos (ECG de 12 derivaciones multi-sitio)
11. Aplicación en el Servicio Andaluz de Salud
11.1. Comunicaciones de Emergencias 061
✅ EPES 061 – Empresa Pública de Emergencias Sanitarias
Infraestructura de comunicaciones:
1. Red TETRA Andaluza (SIRDEC):
- Sistema TETRA provincia-wide en Andalucía para emergencias
- Comunicación entre médicos/enfermeras en ambulancias, helicópteros, centros coordinadores
- Grupos de conversación: por provincia, por tipo (UVI móviles, ambulancias básicas, helicópteros)
- Llamadas de emergencia prioritarias: interrumpen comunicaciones normales
- Cifrado AES-256 para confidencialidad paciente
2. Telefonía Móvil 4G/5G:
- Smartphones profesionales con dual-SIM (datos) + terminal TETRA (voz crítica)
- Tablets en ambulancias con conectividad LTE para:
- Consulta Diraya (historial paciente)
- Transmisión ECG 12 derivaciones a hospital (JPEG sobre HTTPS)
- Videoconsulta con médico coordinador o especialista hospitalario
- Planes de datos corporativos con prioridad red (QCI – QoS Class Identifier prioritario)
3. Comunicaciones por Satélite (backup):
- Terminales satelitales Inmarsat BGAN en helicópteros HEMS para zonas sin cobertura terrestre
- Beacons satelitales (EPIRB) en helicópteros para SOS en caso de accidente
4. AVL – Automatic Vehicle Location:
- GPS en todos los vehículos 061 transmitiendo posición cada 30 segundos
- Centro de Coordinación (CECEM) con mapa en tiempo real
- Algoritmo de despacho CAD (Computer-Aided Dispatch): asigna recurso más cercano
11.2. Telemedicina en Zonas Rurales
- Consultorios locales conectados: 3G/4G donde disponible, satélite (Starlink) en zonas muy remotas
- Videoconferencia HD: Especialista hospitalario consulta paciente en consultorio rural con médico de familia
- Teledermatología: Fotografías alta resolución de lesiones cutáneas transmitidas para diagnóstico
- Telepsiquiatría: Consultas psiquiátricas en zonas rurales sin especialista local
11.3. Monitorización Remota de Pacientes
- Dispositivos wearables con 4G/NB-IoT:
- Pulsioxímetros conectados para pacientes EPOC
- Tensiómetros con transmisión automática para hipertensión
- Glucómetros conectados para diabetes
- Holter ECG 24h con transmisión en tiempo real
- Alertas automáticas: Si parámetros fuera de rango, SMS/push notification a paciente y alerta en Diraya para médico
- Reducción de ingresos: Detección precoz de descompensaciones evita hospitalizaciones
11.4. Conectividad en Hospitales
- WiFi 6 dominante: Cobertura ubicua en hospitales
- 4G/5G como backup: Small cells indoor para garantizar cobertura en sótanos, salas blindadas
- IoT médico: Bombas de infusión, monitores, ventiladores conectados vía WiFi/Ethernet para telemetría centralizada
- RTLS (Real-Time Location System): UWB + BLE beacons para localización en tiempo real de equipos, pacientes, personal
12. Preguntas de Test – 25 Preguntas
📝 Instrucciones: A continuación se presentan 25 preguntas tipo test que abarcan todo el contenido del tema. Cada pregunta tiene 4 opciones (A, B, C, D) y una única respuesta correcta. Las soluciones se encuentran al final de esta sección.
Pregunta 1: ¿Qué significa GSM?
Pregunta 2: ¿Cuál es la velocidad máxima teórica de LTE (4G)?
Pregunta 3: ¿Qué tecnología de acceso múltiple utiliza LTE en el downlink?
Pregunta 4: ¿Qué sistema de radiotelefonía de grupo cerrado es el estándar europeo para emergencias?
Pregunta 5: ¿Cuál es la latencia objetivo de 5G para aplicaciones URLLC?
Pregunta 6: ¿Qué significa IMSI?
Pregunta 7: ¿Cuántos caracteres puede contener un SMS estándar con codificación GSM 7-bit?
Pregunta 8: ¿Qué tipo de órbita utilizan los satélites GPS?
Pregunta 9: ¿Cuál es el sistema GNSS de la Unión Europea?
Pregunta 10: ¿Qué significa VoLTE?
Pregunta 11: ¿Cuál es la frecuencia típica utilizada para TETRA en Europa?
Pregunta 12: ¿Qué tecnología IoT sobre LTE está diseñada para ultra-bajo consumo energético?
Pregunta 13: ¿Cuántos satélites mínimos son necesarios para determinar una posición 3D con GPS?
Pregunta 14: ¿Qué sistema de comunicación por satélite utiliza constelación LEO para cobertura global incluidos los polos?
Pregunta 15: ¿Qué significa MIMO en tecnologías móviles?
Pregunta 16: ¿Cuál fue la primera generación de telefonía móvil digital?
Pregunta 17: ¿Qué componente de la arquitectura GSM almacena la base de datos de suscriptores?
Pregunta 18: ¿Qué significa PTT en comunicaciones de grupo?
Pregunta 19: ¿Cuál es la latencia típica de un satélite geoestacionario (GEO)?
Pregunta 20: ¿Qué tecnología 5G utiliza frecuencias entre 24-100 GHz?
Pregunta 21: ¿Cuál es la altitud aproximada de los satélites GPS?
Pregunta 22: ¿Qué caso de uso 5G requiere soportar 1 millón de dispositivos IoT por km²?
Pregunta 23: ¿Qué diferencia principal existe entre TETRA y TETRAPOL?
Pregunta 24: En el SAS, ¿para qué se utiliza principalmente la tecnología TETRA?
Pregunta 25: ¿Qué precisión típica ofrece el sistema Galileo en su servicio abierto?
✅ SOLUCIONES DE LAS PREGUNTAS DE TEST
📊 Respuestas Correctas con Explicaciones Detalladas
| Pregunta | Respuesta | Explicación |
|---|---|---|
| 1 | B | GSM significa Global System for Mobile Communications. Es el estándar de telefonía móvil 2G desarrollado por ETSI en Europa (1991) que se convirtió en estándar global con más del 80% de cuota de mercado mundial. |
| 2 | C | LTE-Advanced (4.5G) alcanza velocidades teóricas de hasta 1 Gbps usando tecnologías como Carrier Aggregation (5 portadoras), 8×8 MIMO y 256-QAM. LTE básico (Cat 4) alcanza 150 Mbps, Cat 6 hasta 300 Mbps. |
| 3 | D | LTE utiliza OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) en el downlink, que divide el ancho de banda en múltiples subportadoras ortogonales (15 kHz) y las asigna a diferentes usuarios simultáneamente. En uplink usa SC-FDMA. |
| 4 | B | TETRA (TErrestrial Trunked RAdio, ETSI ES 300 392) es el estándar europeo de PMR digital para seguridad pública y servicios de emergencia. Opera en 380-400 MHz, TDMA con 4 slots, velocidad 7.2 kbps/slot, comunicación de grupo PTT. |
| 5 | D | 5G URLLC (Ultra-Reliable Low-Latency Communications) objetivo es latencia menor a 1 ms con confiabilidad 99.999% (cinco nueves). Crítico para cirugía remota, vehículos autónomos y automatización industrial. eMBB tiene 10 ms latencia. |
| 6 | B | IMSI (International Mobile Subscriber Identity) es el identificador único de 15 dígitos que identifica al suscriptor en redes GSM/UMTS/LTE. Almacenado en tarjeta SIM/USIM. Formato: MCC (3 dígitos país) + MNC (2-3 dígitos operador) + MSIN (9-10 dígitos suscriptor). |
| 7 | C | Un SMS estándar con codificación GSM 7-bit puede contener 160 caracteres. Con Unicode UCS-2 (para idiomas no latinos como chino, árabe) la capacidad se reduce a 70 caracteres. Los SMS más largos se fragmentan en múltiples mensajes concatenados. |
| 8 | B | Los satélites GPS utilizan órbita MEO (Medium Earth Orbit) a aproximadamente 20,200 km de altitud con período orbital de 11h 58min. LEO son 500-2000 km (Iridium, Starlink), GEO son 35,786 km (satélites geoestacionarios TV/comunicaciones). |
| 9 | C | Galileo es el sistema GNSS (Global Navigation Satellite System) de la Unión Europea, desarrollado por UE y ESA. 28 satélites en órbita MEO (23,222 km). Ofrece mayor precisión que GPS (1 metro vs 5-10 m) y es civil puro (no controlado por militares). |
| 10 | A | VoLTE (Voice over Long Term Evolution) es voz transmitida como paquetes IP sobre redes LTE (4G) en lugar de conmutación de circuitos tradicional. Usa codec AMR-WB (HD Voice) con 12.65-23.85 kbps, mejor calidad que GSM/3G y establecimiento de llamada más rápido (~2s vs 7s). |
| 11 | C | TETRA en Europa utiliza típicamente la banda de 380-400 MHz asignada para seguridad pública. También hay bandas 410-430 MHz y 450-470 MHz. Esta banda VHF ofrece buen balance entre cobertura (penetración edificios) y capacidad. |
| 12 | C | NB-IoT (Narrowband IoT) es tecnología 3GPP específica para IoT sobre LTE con ultra-bajo consumo energético (10 años con batería AA), cobertura extendida (+20 dB vs LTE), velocidad ~200 kbps, coste módulo <5€. Ideal para sensores, medidores, agricultura. |
| 13 | C | Se necesitan mínimo 4 satélites para determinar posición 3D con GPS: 3 para trilateración (X,Y,Z) + 1 para sincronizar reloj del receptor (incógnita tiempo). Con 3 satélites solo se puede posición 2D asumiendo altitud conocida. Más satélites (6-12 típico) mejoran precisión. |
| 14 | B | Iridium utiliza constelación LEO (66 satélites a 780 km de altitud) proporcionando cobertura global 100% incluidos polos. Inmarsat/Thuraya/Intelsat usan GEO (35,786 km) que no cubre polos extremos. Globalstar es LEO pero no cubre polos. |
| 15 | B | MIMO (Multiple Input Multiple Output) es tecnología que usa múltiples antenas en transmisor y receptor para transmitir múltiples streams de datos simultáneos, duplicando/cuadruplicando velocidad sin ancho de banda adicional. LTE soporta hasta 8×8 MIMO, 5G hasta 256 antenas (Massive MIMO). |
| 16 | B | 2G (GSM) fue la primera generación de telefonía móvil digital (1991). 1G (AMPS, NMT, TACS) era analógica (años 1980s). 2G introdujo voz digital, SMS, cifrado A5/1, tarjetas SIM. 3G (UMTS) llegó en 2001, 4G (LTE) en 2009. |
| 17 | C | HLR (Home Location Register) es la base de datos permanente de suscriptores en arquitectura GSM/UMTS. Almacena IMSI, MSISDN (número teléfono), servicios contratados, ubicación actual (VLR donde está registrado). BTS es estación base, MSC conmutación, BSC controlador. |
| 18 | B | PTT (Push To Talk) es el método de comunicación característico de PMR/TETRA: un usuario presiona botón para hablar, múltiples usuarios del grupo escuchan simultáneamente (comunicación half-duplex de grupo). Similar a walkie-talkies. |
| 19 | C | Un satélite geoestacionario (GEO) a 35,786 km de altitud tiene latencia típica de 500-700 ms (round-trip: ~600 ms). Esto es debido a la distancia: señal viaja 71,572 km ida y vuelta a velocidad de luz (300,000 km/s). LEO tiene 20-40 ms, MEO 70-140 ms. |
| 20 | B | mmWave (ondas milimétricas) son frecuencias 24-100 GHz utilizadas en 5G, típicamente 26-28 GHz. Ofrecen enorme ancho de banda (400-800 MHz) y velocidades multi-Gbps pero alcance muy corto (200-300m) y penetración débil. Sub-6 GHz (700 MHz, 3.5 GHz) es para cobertura. |
| 21 | C | Los satélites GPS orbitan a aproximadamente 20,200 km de altitud (órbita MEO – Medium Earth Orbit) con período orbital de 11h 58min. Esta altitud proporciona buen balance entre cobertura (visible desde amplia zona terrestre) y precisión. 31 satélites operativos en 6 planos orbitales. |
| 22 | C | mMTC (Massive Machine-Type Communications) es el caso de uso 5G para IoT masivo: soportar 1 millón de dispositivos por km², bajo consumo energético (10 años batería), sensores. eMBB es banda ancha móvil (20 Gbps), URLLC es baja latencia (<1ms). |
| 23 | A | La diferencia principal es que TETRA usa TDMA (4 slots por portadora de 25 kHz) mientras TETRAPOL usa FDMA (múltiples portadoras de 12.5 kHz). Ambos son digitales y europeos. TETRA es más común internacionalmente, TETRAPOL usado principalmente en Francia y España (Policía Nacional). |
| 24 | B | En el SAS, TETRA se utiliza principalmente para comunicaciones críticas de voz en emergencias 061 (EPES – Empresa Pública de Emergencias Sanitarias). Permite comunicación de grupo PTT entre médicos/enfermeras en ambulancias, helicópteros y centros coordinadores con cifrado AES-256 y prioridad. |
| 25 | D | Galileo ofrece precisión de 1 metro en su servicio abierto (OS – Open Service), superior a GPS civil (5-10 metros). HAS (High Accuracy Service) gratuito ofrece precisión decimétrica. GPS militar (PPS) tiene 1-3 metros pero cifrado. DGPS/RTK ofrecen centímetros con corrección diferencial. |
📈 Evaluación del Resultado
- 23-25 correctas (92-100%): Excelente dominio de comunicaciones móviles. Preparación óptima en GSM, LTE, 5G, TETRA y GNSS.
- 20-22 correctas (80-88%): Buen conocimiento. Revisar áreas con errores (evolución generaciones, tecnologías específicas).
- 17-19 correctas (68-76%): Conocimiento aceptable. Reforzar conceptos de TETRA, satélites y servicios de datos.
- Menos de 17 correctas (<68%): Recomendado repasar tema completo, especialmente evolución 1G-5G y aplicación en SAS.
💡 Consejos para el Examen
- Generaciones móviles: 1G analógico, 2G digital (GSM 14.4 Kbps), 3G (UMTS 2 Mbps), 4G (LTE 150 Mbps-1 Gbps), 5G (20 Gbps, <1 ms)
- Tecnologías clave: GSM (TDMA), UMTS (WCDMA), LTE (OFDMA+MIMO), 5G (Massive MIMO+mmWave)
- TETRA: PMR europeo 380-400 MHz, TDMA 4 slots, 7.2 kbps, PTT, cifrado AES, emergencias
- 5G casos: eMBB (20 Gbps banda ancha), URLLC (<1 ms latencia), mMTC (1M devices/km²)
- Satélites: LEO 500-2000 km (Iridium, Starlink), MEO 8000-20000 km (GPS), GEO 35786 km (Inmarsat)
- GNSS: GPS (EE.UU.), GLONASS (Rusia), Galileo (UE, 1m precisión), BeiDou (China)
- GPS técnico: MEO 20,200 km, 4 satélites mínimo, 5-10 m precisión civil, L1 1575.42 MHz
- IoT móvil: NB-IoT (200 kbps, 10 años batería), LTE-M (1 Mbps, movilidad)
- SAS aplicaciones: TETRA 061, GPS ambulancias, NB-IoT monitorización, satélite zonas remotas
13. Referencias Bibliográficas
Estándares
- 3GPP TS 36.300 – Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); Overall description; Stage 2
- 3GPP TS 38.300 – NR; NR and NG-RAN Overall description; Stage 2 (5G)
- ETSI EN 300 392 – TErrestrial Trunked RAdio (TETRA); Voice plus Data (V+D)
- ETSI EN 300 396 – TErrestrial Trunked RAdio (TETRA); Technical requirements for Direct Mode Operation (DMO)
Libros Fundamentales
- Sauter, M. (2021). From GSM to LTE-Advanced Pro and 5G: An Introduction to Mobile Networks and Mobile Broadband (4th Edition). Wiley. ISBN: 978-1119714828
- Holma, H., Toskala, A. & Nakamura, T. (2020). 5G Technology: 3GPP New Radio (2nd Edition). Wiley. ISBN: 978-1119236306
- Sesia, S., Baker, M. & Toufik, I. (2011). LTE – The UMTS Long Term Evolution: From Theory to Practice (2nd Edition). Wiley. ISBN: 978-0470660256
- Dunlop, J., Girma, D. & Irvine, J. (2013). Digital Mobile Communications and the TETRA System. Wiley. ISBN: 978-0470841990
GNSS y Posicionamiento
- Kaplan, E. & Hegarty, C. (2017). Understanding GPS/GNSS: Principles and Applications (3rd Edition). Artech House. ISBN: 978-1630810580
- European GNSS Agency (2024). Galileo Open Service Definition Document. https://www.gsc-europa.eu/
Comunicaciones por Satélite
- Maral, G. & Bousquet, M. (2020). Satellite Communications Systems: Systems, Techniques and Technology (6th Edition). Wiley. ISBN: 978-1119673736
