¡Buena pregunta! La cantidad de datos que se pueden enviar entre una torre de teléfono celular y un dispositivo móvil es un problema bastante bien estudiado en los campos de la comunicación inalámbrica y la teoría de la información.
La cantidad de información que se puede transmitir a través de un enlace inalámbrico se conoce como la capacidad del canal. A Claude Shannon se le ocurrió una fórmula muy famosa en la década de 1940 para la capacidad máxima teórica de un canal inalámbrico genérico [1]:
[matemática] C = B * log (1 + S / N) [/ matemática]
Donde C es la capacidad en bits de información por segundo, B es el ancho de banda de frecuencia inalámbrica disponible en el canal, y S / N es la relación de potencia de señal a potencia de ruido (es decir, la relación señal a ruido).
Esto nos da el máximo teórico, pero viene con algunas advertencias: el enlace inalámbrico real entre un teléfono celular y una torre realmente no coincide con la característica de ruido del canal genérico de Shannon [2], y la cantidad real de información que se transmite sí no se acerque al límite teórico a menos que se utilicen algunas técnicas muy sofisticadas.
Más sobre estas limitaciones más adelante, pero por ahora, podemos ir con la fórmula anterior para una comprensión de primer orden de la capacidad. Vemos que la capacidad está limitada por dos cosas principales:
- el ancho de banda que puede usar el canal inalámbrico (B)
- el poder que la torre y el teléfono celular pueden usar (S / N)
Desafortunadamente, ambos están bastante restringidos, lo que hace que la comunicación inalámbrica sea tan complicada: el ancho de banda inalámbrico es un recurso finito y debe compartirse entre todos los dispositivos inalámbricos (teléfonos celulares, radio, satélites, televisión, aplicaciones militares, etc.). Por lo tanto, un proveedor inalámbrico determinado solo puede transmitir en una cantidad limitada de ancho de banda (conocido como su espectro asignado) según lo dispuesto por la regulación gubernamental, y debe compartir el espectro entre todos sus clientes. La energía también es bastante limitada: el uso de energía determina la duración de la batería en el teléfono y está limitado por los límites de radiación, el calentamiento de los dispositivos electrónicos y el costo en la torre del teléfono celular.
Entonces, vemos que, desafortunadamente, las restricciones de potencia y ancho de banda solo pueden mejorarse un poco en el futuro (y ciertamente no a la tasa de ley de Moore), y como resultado hay algunas restricciones fundamentales en la capacidad inalámbrica.
Entonces, ¿por qué la velocidad de la red inalámbrica ha mejorado tanto en los últimos años y por qué no puede seguir mejorando? Volvemos al problema que mencioné anteriormente: esta es una capacidad máxima teórica, pero la capacidad real alcanzada ha sido mucho menor. Se han alcanzado velocidades de datos más altas mediante la investigación y el desarrollo de tecnologías como EDGE, CDMA, 3G y 4G / WiMax, porque utilizan técnicas muy sofisticadas y computacionalmente complejas para acercarse al límite de capacidad teórico.
A este respecto, la ley de Moore ha jugado un papel muy importante: permite que el hardware electrónico y el software que se ejecuta en él realicen procedimientos de codificación muy complejos mientras mantienen un factor de forma pequeño (un teléfono que cabe en su mano) y opera de manera eficiente y rápida.
Por lo tanto, la ley de Moore y el cálculo adicional que ofrece ciertamente nos han ayudado a llegar a donde estamos hoy, pero probablemente no serán tan útiles en el futuro. Los mayores avances probablemente vendrán de las cosas que David menciona en su respuesta: cambiar las políticas para asignar más espectro, usar múltiples antenas para reducir el ruido (mejorar S / N), reutilizar el ancho de banda de manera más eficiente (más torres de teléfonos celulares / celdas más pequeñas) y usando el ancho de banda WiFi y desalentando el uso derrochador del ancho de banda.
Esto nos lleva al meollo de su pregunta: ¿por qué los proveedores de servicios inalámbricos están cambiando sus reglas de facturación y se debe a una limitación técnica? En parte, sí, se debe a los límites fundamentales descritos anteriormente, y en particular, la facturación basada en el uso desalentará el uso derrochador del ancho de banda, uno de los escasos recursos inalámbricos. Pero creo que hay más que eso: esto es en gran parte una decisión comercial de las compañías inalámbricas y no es excelente para los consumidores; Ciertamente puede haber un motivo de beneficio detrás de las empresas. Sin embargo, también hay un cambio fundamental en el comportamiento de los consumidores: la adopción de teléfonos inteligentes está aumentando rápidamente junto con el uso de aplicaciones altamente intensivas en datos como video, música y otros medios a través de conexiones inalámbricas.
La mejor respuesta es probablemente que es una combinación de todas las cosas: limitaciones técnicas, políticas comerciales y comportamiento del consumidor. La ley de Moore nos ha recorrido un largo camino, pero otros factores llegarán a dominar con el tiempo.
[1] un canal analógico de ruido blanco gaussiano aditivo
[2] el canal de teléfono móvil típico se modela mejor como Rayleigh o Rician o algo completamente diferente