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7/28/2019 Universidad Mayor Facultad de Ingenieria Wimax Banda Ancha Movil
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UNIVERSIDAD MAYOR
FACULTAD DE INGENIERIA
WiMAX: BANDA ANCHA MOVIL Y COMPARACION CON HSDPA
Proyecto de Ttulo para Optar al Ttulo de
Ingeniero Civil Electrnico con Especializacin
en Telecomunicaciones
CRISTIAN ANDRES POZO IDE
SANTIAGO DE CHILE
MARZO 2007
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UNIVERSIDAD MAYOR
FACULTAD DE INGENIERIA
WiMAX: BANDA ANCHA MOVIL Y COMPARACION CON HSDPA
Proyecto de Ttulo para Optar al Ttulo de
Ingeniero Civil Electrnico con Especializacin
en Telecomunicaciones
Alumno Cristin Andrs Pozo Ide
Profesor Gua Dr. Ing. Ivn Ramrez Ayala
SANTIAGO DE CHILE
MARZO 2007
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AGRADECIMIENTOS
Primero que todo debo agradecer a la Gerencia Departamento Innovacin y
Desarrollo de Entel, la cual me dio la oportunidad y los recursos para desarrollar este
proyecto.
A todos mis compaeros de curso por esas eternas tardes en los laboratorios, entre
amplificadores operacionales, filtros y microcontroladores, las cuales reafirmaron mi
cario por la electrnica y las telecomunicaciones. Un especial agradecimiento para
Ramn Antiguay, Cristian Escrate y Andrs Gil.
A mi polola, Anjela, por su paciencia, tiempo y por ser un constante e incondicionalapoyo durante todo este tiempo.
A mis padres, hermanos, cuados y sobrinos por estar siempre conmigo, en especial
a mi hermano Armando por sus consejos y experiencia.
Un especial agradecimiento a Eduardo Durn e Ivn Ramrez, por el constante
apoyo durante el desarrollo del proyecto y su valioso aporte en conocimiento yexperiencia, los cuales resultaron fundamentales para concluir el trabajo. Ellos son
parte del xito de este trabajo.
Muchas gracias.
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DEDICATORIA
Dedicado a mis padres, Armando y Carmen por su infinita paciencia e incondicional
apoyo.
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INDICE
RESUMEN vii
ABSTRACT viii
CAPITULO I. INTRODUCCION 1
1.1 ANTECEDENTES GENERALES, MOVILIDAD 1
1.2 WiMAX, BANDA ANCHA MOVIL 2
1.3 OBJETIVOS 4
CAPITULO II. DESCRIPCION DE LAS REDES INALAMBRICAS WiMAX 6
2.1 INTRODUCCION 6
2.1.1 WiMAX Forum 6
2.1.2 WiMAX 6
2.1.3 Caractersticas del estndar 802.16 7
2.2 ESTANDAR 802.16 2004, WiMAX FIJO 102.3 ESTANDAR 802.16e, WiMAX MOVIL (802.16 2005) 11
2.3.1 Introduccin a 802.16e, WiMAX Mvil 11
2.3.2 Descripcin de la capa fsica 12
2.3.3 Descripcin de la capa MAC 14
2.3.4 Caractersticas adicionales de WiMAX 802.16 2005, antenas
inteligentes (Smart Antenna) 16
2.4 ARQUITECTURA DE LAS REDES WiMAX 802.16 2005 17
2.4.1 Core o ncleo de red 18
2.4.2 Edge 19
2.4.3 Red de acceso 19
2.4.4 CPE (Customer Premises Equipment) o terminal de usuario 20
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CAPITULO III. TECNOLOGIAS PARALELAS A WiMAX MOVIL 21
3.1 INTRODUCCION 21
3.2 TERCERA GENERACION, 3G 21
3.2.1 EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution) 23
3.2.2 WCDMA (UMTS) 24
3.2.3 HSDPA / HSUPA (HSPA) 27
3.2.4 Long Term Evolution of 3G 3G LTE 28
3.2.5 CDMA2000 1x 29
3.2.6 CDMA2000 1x EVDO 30
3.2.7 CDMA2000 1xEVDV 31
3.3 CUARTA GENERACIN, 4Gmobile 313.4 WiBro 33
3.5 IEEE 802.20 MOBILE BROADBAND WIRELESS ACCESS (MBWA) 34
CAPITULO IV. COMPARACION DE WiMAX MOVIL CON HSDPA 35
4.1 INTRODUCCION 35
4.2 COMPARACION 35
4.2.1 Comparacin tcnica de WiMAX con HSPA 38
4.2.2 Experiencia mundial en los costos de licencias 3G y WiMAX 50
4.3 ASPECTOS REGULATORIOS 54
4.3.1 Bandas de frecuencia 2G y 3G 54
4.3.2 Bandas de frecuencia WiMAX 57
4.4 ANALISIS ESTRATEGICO 58
4.4.1 Anlisis tecnolgico 58
4.4.2 Anlisis de mercado 59
4.4.3 Anlisis de la lnea de tiempo de las tecnologas 60
4.4.4 Anlisis regulatorio 62
4.4.5 Anlisis FODA a WiMAX 802.16e 63
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CAPITULO V. WiMAX COMO BANDA ANCHA INALAMBRICA 69
5.1 INTRODUCCION, TENDENCIAS TECNOLOGICAS 69
5.2 WiMAX COMO BANDA ANCHA INALAMBRICA (SOLUCION WiMAX) 71
5.2.1 Soluciones WiMAX Fijo 72
5.2.2 Soluciones WiMAX Movil 73
5.3 MOVILIDAD Y CAPACIDAD 75
5.4 SERVICIOS Y APLICACIONES 76
5.5 SITUACION Y COMPATIBILIDAD DE 802.16 2004 Y 802.16 2005 78
CAPITULO VI. EVALUACION TECNICA DE PROPAGACION Y
CAPACIDAD EN WiMAX 816.1 INTRODUCCION 81
6.2 MODELOS DE PROPAGACION 83
6.2.1 Modelo de propagacin en el espacio libre 84
6.2.2 Modelo de propagacin Okumura 85
6.2.3 Modelo de propagacin Okumura-Hata 88
6.2.4 Modelo COST 231 89
6.3 MODELO DE CALCULO DE CAPACIDAD 90
6.3.1 Estructura OFDMA 91
6.3.2 OFDMA escalable (SOFDMA) 93
6.3.3 Modelo de capacidad 96
6.4 CALCULO DE CAPACIDAD Y COBERTURA 97
6.4.1 Clculo de capacidad de los sistemas WiMAX 98
6.4.2 Clculo de cobertura de los sistemas WiMAX 101
6.5 CALCULO DE COSTOS PARA UNA RED WiMAX 106
6.5.1 Suposiciones tcnicas para calcular una red WiMAX 106
6.5.2 Estimacin de costos de una red WiMAX 107
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CAPITULO VII. CONCLUSIONES 112
7.1 WiMAX 112
7.2 WiMAX VERSUS HSDPA 115
BIBLIOGRAFIA 118
ANEXOS 124
ANEXO N 1. ACRONIMOS 125
ANEXO N 2. HERRAMIENTA EXCEL PARA EL CALCULO DE
COBERTURA Y CAPACIDAD 130ANEXO N 3. NORMA TECNICA 479 140
INDICE DE FIGURAS
FIGURA N 1. Roadmapestndares 802.16 2004 y 802.16e 9
FIGURA N 2. Arquitectura de red WiMAX 18
FIGURA N 3. Logotipo IMT 22FIGURA N 4. Roadmapde las tecnologas 3G 23
FIGURA N 5. Miembros de 3GPP 25
FIGURA N 6. Lnea de tiempo de las tecnologas y sus estandarizadores 37
FIGURA N 7. Esquema de QoS 45
FIGURA N 8. Resumen de las bandas 3G en el mundo 56
FIGURA N 9. Tendencias en los datos y la movilidad 69
FIGURA N 10. Esquema de servicios WiMAX Fijo 73
FIGURA N 11. Esquema de servicios WiMAX Mvil 74
FIGURA N 12. Modelo grfico de la zona de Fresnel 82
FIGURA N 13. Propagacin OLOS 83
FIGURA N 14. Curvas de atenuacin relativa de Okumura 87
FIGURA N 15. Estructura del smbolo TDD 93
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INDICE DE GRAFICOS
GRAFICO N 1. Comparacin de las tasas de transferencia 49
GRAFICO N 2. Comparacin de los bps/Hz 50
GRAFICO N 3. Costos por las bandas de frecuencia WiMAX 51
GRAFICO N 4. Costo/Hz promedio por regin del espectro WiMAX 52
GRAFICO N 5. Promedio de espectro subastado por regin y tecnologa 53
GRAFICO N 6. Costo/Hz promedio por regin y tecnologa 54
GRAFICO N 7. Capacidad de transferencia de datos por sector WiMAX Mvil 76
GRAFICO N 8. Capacidad WiMAX 100
GRAFICO N 9. Capacidades mximas para cada permutacin 101
GRAFICO N 10. Distancia mxima dependiendo de la modulacin 104
GRAFICO N 11. Distancia y capacidad para las distintas modulaciones 105
GRAFICO N 12. Inversin por lnea para implementacin de WiMAX 108
GRAFICO N 13. Distribucin de inversin para servicio fijo con tecnologa
802.16 2004 109
GRAFICO N 14. Distribucin de inversin para servicio fijo con tecnologa
802.16 2005 110
GRAFICO N 15. Distribucin de inversin para servicio nomdico contecnologa 802.16 - 2004 110
GRAFICO N 16. Distribucin de inversin para servicio nomdico con
tecnologa 802.16 - 2005 111
INDICE DE TABLAS
TABLA N 1. Resumen de las frecuencias de operacin con su multiplexacin y
su canalizacin 10
TABLA N 2. Parmetros de los canales SOFDMA 13
TABLA N 3. QoS y aplicaciones de WiMAX Mvil 15
TABLA N 4. Resumen de las caractersticas comunes de las tecnologas 40
TABLA N 5. Capacidad de transferencia de las tecnologas 44
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TABLA N 6. Resumen de caractersticas tcnicas 46
TABLA N 7. Resumen de parmetros de WiMAX y 3G 48
TABLA N 8. Resumen de desempeo de las tecnologas 49
TABLA N 9. Clases de trfico y sus aplicaciones 76
TABLA N 10. Velocidad recomendada de datos para distintas aplicaciones 77
TABLA N 11. Distribucin de las portadoras segn ancho de banda del canal con
la permutacin PUSC 91
TABLA N 12. Distribucin de las portadoras segn ancho de banda del canal con
la permutacin AMC 92
TABLA N 13. Distribucin de portadoras para un canal de 5 MHz 92
TABLA N 14. Parmetros SOFDMA 94
TABLA N 15. Modulaciones y tasa de informacin 97TABLA N 16. Clculo de capacidad 99
TABLA N 17. Distancias mximas para distintas condiciones 103
TABLA N 18. Modulaciones y tasa de seal a ruido mnima necesaria 104
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RESUMEN
En este proyecto se hace una descripcin de la tecnologa WiMAX, su rol en la
banda ancha mvil y las posibilidades que tiene en el mercado chileno frente a la
alternativa proyectada por Entel, HSDPA.
Para lograr la revisin lo ms integra posible, se hace un completo recorrido por la
estructura tcnica de WiMAX y HSDPA de manera de proyectar y comparar las
caractersticas de cada tecnologa. Basndose en el anlisis tcnico y sumado a un
anlisis de mercado y estratgico se establecen los alcances de las tecnologas y
sus proyecciones comerciales en el mercado mundial y especficamente en el
chileno. Finalmente se describen los modelos de cobertura y capacidad paraWiMAX, de manera de calcular el desempeo del sistema, y as estimar una red
hipottica, contemplando todas sus caractersticas tcnicas como: antenas
inteligentes y OFDM.
Este proyecto de ttulo se divide en 7 captulos. En el captulo 1 se plantean los
antecedentes generales de las redes inalmbricas y las tecnologas WiMAX y
HSDPA, para luego en el captulo 2 entrar con mayor detalle a WiMAX y el estndaren que se basa. El captulo 3 ilustra la banda ancha personal, mediante las
tecnologas capaces de ofrecer dicho servicio, centrndose en las tecnologas con
mayor proyeccin comercial, de manera de establecer el escenario tecnolgico a
corto plazo. En el captulo 4 se compara tcnicamente HSDPA y WiMAX,
planteando un escenario lo ms completo posible, el cual se compone de un anlisis
de mercado, tecnolgico y FODA. El captulo 5 describe las necesidades de
mercado y las tendencias actuales, para luego indicar los servicios para los cuales
est enfocado cada estndar de WiMAX. El captulo 6 muestra los resultados de los
modelos de cobertura y capacidad para estimar una red WiMAX en Chile.
Finalmente, el captulo 7 contiene las conclusiones obtenidas del trabajo.
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ABSTRACT
In this thesis, an overview to WiMAX technology, its role in the broadband mobile
services and its possibilities in the Chilean market against Entel alternative, HSDPA
will be tackled.
In order to obtain the most accurate and thorough revision, an overview of the
technical structure of WiMAX and HSDPA is made in order to project and compare
the characteristics of each technology. Based on the technical analysis together with
a market and strategic analysis, the performance of these technologies and their
projections in the worldwide market especially in the Chilean market are stated.
Finally, coverage and capacity models for WiMAX are described in order to calculatethe system performance, and thus assessing a hypothetical network considering all
their technical characteristics such as: smart antennas and OFDM.
This thesis is divided into 7 chapters. Chapter 1 describes general features of radio
networks and WiMAX and HSDPA technologies, so that in Chapter 2 the
performance of WiMAX and the standard from which it is based are explained in
more detail. Chapter 3 shows the characteristics the personal broadband, throughtechnologies able to give this service, focusing more on the technologies with greater
commercial projection in order to establish the short-term technological scenario. In
chapter 4, HSDPA and WiMAX are technically compared, giving the most complete
scenario, which is made up of a market analysis, both technological and SWOT.
Chapter 5 describes market needs and current trends; then services for which each
WiMAX standard is focused are indicated. Chapter 6 shows results of coverage and
throughput models to assess a WiMAX radio network in Chile. Finally, chapter 7
contains the obtained conclusions of this thesis.
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CAPITULO I
INTRODUCCION
1.1 ANTECEDENTES GENERALES, MOVILIDAD
Los continuos avances tecnolgicos hacen cada da ms comunes los cambios en la
forma de vida, esto ha provocado fuertes cambios en las necesidades de la
poblacin, por lo que las empresas de esta industria deben estar al tanto de todas
las tendencias y cambios, para estar acorde a las nuevas necesidades de sus
clientes actuales y futuros.
La tendencia ms clara que se vive es la movilidad. Cada vez es ms comn dejar
las lneas de telefona fija por las mviles, el explosivo crecimiento de la telefona
mvil es el mejor ejemplo de esto, dicha tendencia tambin ha ido ganando terreno
en el rea de los datos, especialmente con las redes Wi-Fi.
En la tecnologa mvil, las ventajas son evidentes, ya que permite el acceso a
informacin de forma instantnea, en el lugar y el momento preciso. Se puede
afirmar que el usuario busca liberarse de los cables y tener la opcin de conectarseen cualquier lado, esa flexibilidad, comodidad y el continuo decrecimiento de sus
costos hacen que las redes inalmbricas estn ganando cada vez mayor
popularidad. Se pueden distinguir distintos tipos de movilidad, segn las
caractersticas de cada una:
Movilidad local: El usuario puede moverse dentro del rea de cobertura del
punto de acceso.
Movilidad nmada o nomadicidad: El usuario puede acceder a otros puntos de
acceso compatibles.
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2
Movilidad celular o simplemente, movilidad: Permite el traspaso de la
conexin entre diferente puntos de acceso en una red. Para este trabajo se
distinguirn dos tipos de movilidad celular: movilidad simple, la cual permite el
traspaso entre diferentes puntos de acceso a velocidades bajas (velocidad
pedestre) y la movilidad full, la cual permite hacer los traspasos entre puntos de
acceso a velocidades vehiculares (hasta 120 km/hr.).
Los cambios en la forma de comunicacin mvil empezaron con el servicio de voz.
Antiguamente la transmisin de voz era exclusiva por conmutacin de circuitos,
actualmente con la tecnologa IP esto est cambiando, la voz esta siendo tratada
como un dato y enviada a travs de paquetes por la red IP. Este sistema proporciona
los elementos para una red nica, abaratando costos operacionales.
Desde el punto de vista de la demanda, las tendencias apuntan a mayores
capacidades de transferencia de datos, mayor movilidad y obviamente costos ms
bajos. Caractersticas que deben incorporan las nuevas tecnologas porttiles, para
ser competitivas. Ofrecer precios bajos y mejores servicios, es el desafo que se les
presenta a los operadores. Esto significa que tienen la necesidad aprovechar mejor
los recursos disponibles, ya sea implementando redes ms econmicas o bien
integrndolas en una red multiservicio, tambin se debe aprovechar el espectro
radioelctrico disponible, bsicamente est la necesidad de buscar tecnologas que
optimicen los recursos.
1.2 WiMAX, BANDA ANCHA MOVIL
En la actualidad existen numerosas tecnologas dedicadas a satisfacer las
demandas de banda ancha fija, por lo que se puede asegurar que las necesidades
estn cubiertas en este aspecto. Lo mismo pasa con la telefona mvil, mltiples
compaas en Chile ofrecen ese servicio de manera muy competitiva. Pero
finalmente, qu pasa con la banda ancha mvil?, existe un nicho en la oferta de
ese servicio, debido a la poca cantidad de tecnologas que estn preparadas para
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brindar dicho servicio. Entel como protagonista de las comunicaciones en Chile no
esta ajeno a este escenario.
Nace un nuevo concepto de comunicaciones de microondas, WiMAX (Worldwide
interoperability for Microwave Access), el cual puede proporcionar altas tasas de
transferencia de datos, telefona con movilidad y cobertura a grandes distancias. Sus
caractersticas convierten a WiMAX en una tecnologa relevante y prometedora tanto
como para proveedores, operadores y usuarios.
IEEE hace unos aos trabaja en el estndar WMAN 802.16 que es la abreviacin de
Wireless Metropolitan Area Network(red inalmbrica de rea metropolitana) el cual
busca estandarizar la tecnologa WiMAX en sus versiones 802.16d (802.16 2004) yel 802.16e que especifica la movilidad para WiMAX.
Tras WiMAX est el WiMAX Forum que es una corporacin sin fines de lucro,
formada para promover y certificar la interoperabilidad de los productos inalmbricos
de banda ancha. El objetivo principal del WiMAX Forum es masificar esta tecnologa
generando economas de escala, mediante equipos econmicos y de calidad.
La tecnologa WiMAX propone solucionar demandas que no estn satisfechas, entre
otras, la demanda de banda ancha mvil, compitiendo de lleno con tecnologas que
hace tiempo intentan ganar ese mercado como la tercera generacin de telefona
mvil (3G).
Chile, por su compleja geografa, es el escenario ideal para tecnologas
inalmbricas, ya que resulta ms econmico instalar algunas estaciones base que
llegar con cables a sectores aislados. WiMAX, en su versin fija, puede ofrecer
servicio de Internet a grandes reas, mucho mayores que otras tecnologas
inalmbricas, y con ello puede solucionar la limitacin del acceso a lugares rurales y
alejados, siendo la alternativa al cable o al DSL. WiMAX puede ofrecer estas
soluciones a un precio muy competitivo en relacin a otras alternativas.
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La banda ancha mvil (o banda ancha personal) tendr, sin duda, un crecimiento
explosivo y con ello surgirn numerosas opciones tecnolgicas de distintos
fabricantes para ganar ese nicho.
Por otro lado existen tecnologas de banda ancha mvil, las cuales pertenecen a la
tercera generacin de telefona mvil conocidas como 3G, dentro de las cuales
destaca HSDPA, tecnologa que es de especial relevancia en este proyecto debido
al inters que tiene Entel en su implementacin.
La tecnologa HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) es la optimizacin de la
tecnologa UMTS/WCDMA, que mejora significativamente la capacidad mxima de
transferencia de informacin hasta alcanzar tasas de 14 Mbps en el enlace debajada.
El tema se presenta como una oportunidad para investigar sobre las nuevas
tecnologas inalmbricas y servicios que actualmente se ofrecen para empresas u
organizaciones y as poder estudiar cuales son las de mayor futuro en las
telecomunicaciones.
Teniendo en cuenta las nuevas tendencias, Entel debe estudiar la implementacin
de una tecnologa que est preparada para satisfacer las nuevas necesidades del
mercado, y en lo que respecta a la banda ancha mvil debe considerar sus
tecnologas bajo estudio: WiMAX Mvil o HSDPA.
1.3 OBJETIVOS
Este proyecto tiene como objetivos generales evaluar el potencial tcnico y
comercial de las nuevas tendencias en banda ancha mvil, establecer el entorno
tecnolgico en el cual se encuentra el mundo y especficamente Chile. Se pretende
reconocer el potencial del estndar 802.16e frente a las tecnologas 3G, y as,
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5
teniendo clara la situacin actual en banda ancha mvil, establecer una proyeccin
de la tecnologa en Chile para la futura implementacin de redes a nivel nacional.
Los objetivos especficos son estudiar en detalle la tecnologa WiMAX, hacer un
clculo de capacidad y cobertura, revisando los aspectos tcnicos y su
estandarizacin, para con esto, reconocer su potencialidad y sus limitaciones.
Tambin ser necesario comparar WiMAX, desde un punto de vista tcnico y
comercial con otras tecnologas mviles, principalmente las tecnologas 3G
(especficamente Entel esta interesado en una comparacin WiMAX Mvil versus
una tecnologa 3G llamada HSDPA), para establecer el espacio que le corresponde
a esta tecnologa. As se podr analizar de forma crtica y objetiva la solucin del
802.16e en Chile.
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CAPITULO II1
DESCRIPCION DE LAS REDES INALAMBRICAS WiMAX
2.1 INTRODUCCION
2.1.1 WiMAX Forum
WiMAX Forum se form con el fin de promover y certificar la interoperabilidad de los
productos inalmbricos de banda ancha, y est integrada principalmente por
fabricantes, operadores y proveedores de telecomunicaciones.
El Foro tiene como objetivo masificar WiMAX, para que los vendedores de
dispositivos produzcan mayores volmenes y con ello hacer equipos ms baratos y
de rpido acceso. Esta entidad trabaja para facilitar el desarrollo de la banda ancha
inalmbrica basado en los estndares IEEE 802.16 y ETSI HiperMAN. La
organizacin fue fundada en junio del 2001.
2.1.2 WiMAX
Producto de todas las nuevas tendencias y gracias al trabajo del foro nace un nuevo
concepto de comunicaciones, WiMAX (del ingls Worldwide Interoperability for
Microwave Access), tecnologa que puede proporcionar altas tasas de transferencia
de datos, telefona con movilidad y cobertura a grandes distancias.
WiMAX es un esfuerzo de una gran cantidad de empresas que se reunieron con un
objetivo en comn, el crear una tecnologa inalmbrica que solucione el problema de
la ltima milla y de acceso a millones de usuarios en el mundo a un bajo costo.
1 Capitulo basado en white papersde WiMAX Forum, 2006. www.wimaxforum.org
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Con el paso del tiempo se dieron cuenta del potencial que le podan entregar a la
tecnologa y ello empez a crear una expectativa de las empresas relacionadas y
los usuarios finales.
WiMAX propone solucionar demandas que an estn insatisfechas, entre otras,
ofrece tapar el nicho que se encuentra en la demanda de banda ancha mvil,
compitiendo de lleno con tecnologas que hace tiempo intentan ganar ese mercado
(3G, tercera generacin de telefona mvil, sus estndares estn aprobados desde
el ao 2000 y todava no logra penetrar en el mercado).
WiMAX, en su versin fija, puede ofrecer servicio de Internet a reas mucho
mayores que otras tecnologas inalmbricas y promete solucionar una de laslimitaciones del acceso de Internet a los hogares o empresas, el problema de la
ltima milla, siendo la alternativa al cable o al DSL.
El IEEE hace unos aos trabaja en el estndar WMAN 802.16 que es la abreviacin
de Wireless Metropolitan Area Network (red inalmbrica de rea metropolitana), el
cual busca estandarizar la tecnologa WiMAX en sus mltiples versiones como el
802.16a, 802.16d (802.16 2004) o el 802.16e.
2.1.3 Caractersticas del estndar 802.16
La transmisin inalmbrica usa la interfaz aire, ello conlleva problemas de
atenuacin y distorsin por mltiples factores, como la vegetacin, los edificios, la
lluvia y vehculos que se mueven y cambian imprevisiblemente. El estndar 802.16
reconoce esto e incluye mecanismos para hacer ms robustos los enlaces con lnea
vista (LOS, Line-Of-Sight), lnea vista obstruida y sin lnea vista (NLOS, Non Line-Of-
Sight).
El control de acceso al medio (MAC) provee diferentes tipos de QoS (calidad de
servicio) dependiendo de las diferentes necesidades. La voz y el video requieren
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baja latencia, pero tolera una cierta tasa de error. Al contrario con los datos, los
cuales no toleran errores, pero la latencia no resulta crtica. El estndar acomoda
voz, video y otras transmisiones de datos usando caractersticas apropiadas de la
capa MAC, ya que es ms eficiente que hacerlo en capas superiores.
El estndar soporta la modulacin adaptativa, balancea efectivamente diferentes
tasas de datos y la calidad del enlace. El mtodo de la modulacin se puede ajustar
casi instantneamente segn la transferencia de datos ptima. La modulacin
adaptativa permite el uso eficiente del ancho de banda.
802.16 soporta ambos sistemas de duplexacin, en la frecuencia y en el tiempo
(FDD y TDD, respectivamente). FDD (Frequency Division Duplex) se usaampliamente en la telefona celular, este sistema requiere dos canales, uno de
transmisin y otro de recepcin, con una separacin para evitar la interferencia. TDD
(Time Division Duplex) proporciona un esquema flexible, donde la transmisin de
subida y de bajada es por el mismo canal, ya que, no son simultneas sino
secuenciales. Un sistema TDD puede asignar dinmicamente ancho de banda, de
subida y bajada, dependiendo los requisitos del trfico.
El estndar ha evolucionado y han surgido numerosas versiones de las cuales se
mantienen:
802.16 2004: Fue desarrollado para trabajar en bandas no licenciadas y
licenciadas entre 2 a 11GHZ con sistemas LOS y NLOS, para PMP (punto
multipunto, Point-to-Multipoint) y PTP (punto a punto, Point-to-Point). Fue
publicado en Julio de 2004. Anteriormente conocido como IEEE 802.16do como
Revisin d. Reemplaza a todas las versiones anteriores del estndar (802.16,
802.16a, 802.16c).
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802.16e:Este estndar da soporte de movilidad. Tambin conocido como 802.16
2005 por el ao de su publicacin, en diciembre del 2005. Se centrar el
estudio del trabajo en este estndar (WiMAX mvil).
Los estndares nombrados anteriormente son los que se desarrollan en la
actualidad, el 802.16 2004 para aplicaciones fijas y el 802.16e, para aplicaciones
mviles, portables y nomdicas basados en estos estndares estn WiMAX Fijo y
WiMAX mvil respectivamente.
FIGURA N 1. Roadmapestndares 802.16 2004 y 802.16e
Fuente: Mobile WiMAX Part I: A Technical Overview and Performance Evaluation, WiMAX Forum (2006).
Los estndares 802.16 2004 y 802.16e, por ahora, deben ser considerados comodos estndares completamente distintos, ya que entre ellos no existe
interoperabilidad ni compatibilidad, lo cual principalmente se debe a los diferentes
tipos de divisin de frecuencia, 802.16 2004 utiliza OFDM con portadoras fijas
(Orthogonal Frequency Division Multiplex), mientras 802.16e utiliza SOFDM
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(Scalable Orthogonal Frequency Division Multiplex), sistema que acomoda la
cantidad de portadoras segn el ancho de banda disponible.
2.2 ESTANDAR 802.16 2004, WiMAX FIJO
Esta basado en IEEE 802.16 y ETSI HiperMAN. Esta tecnologa soporta acceso fijo
y nomdico en ambientes con LOS y NLOS. Fue principalmente desarrollado para
solucionar el problema de ltima milla y dar servicio de banda ancha rpida y
econmicamente (evitando el cableado). Actualmente los fabricantes estn
desarrollando CPEs (Customer Premises Equipment) indoory outdoor.
La tecnologa fue diseada principalmente para aplicaciones en las frecuencias entrelos 2 y 11 GHz, especficamente en las bandas 3.5 GHz y 5.8 GHz. Soporta la
tcnica de modulacin multiportadora OFDM con 256 portadoras. Puede ocupar 2
mtodos de duplexacin, TDD y FDD, usando diferentes ancho de banda de los
canales: 3.5 MHz, 7 MHz para FDD y 3.5 MHz y 10 MHz para TDD, todo lo anterior
se resume en la tabla N 1.
TABLA N 1. Resumen de las frecuencias de operacin con su multiplexacin y su
canalizacin
FRECUENCIA (MHz) MULTIPLEXACION CANALES (MHz)3400-3600 TDD 3.53400-3600 FDD 3.53400-3600 TDD 73400-3600 FDD 75725-5850 TDD 10
Fuente: Fixed, Nomadic, portable and mobile applications for 802.16-2004 and 802.16e WiMAX networks, WiMAX Forum,
(2005).
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2.3 ESTANDAR 802.16e, WiMAX MOVIL (802.16 2005)2
2.3.1 Introduccin a 802.16e, WiMAX Mvil
WiMAX mvil es la solucin de banda ancha mvil, nomdica, portable y fija,
mediante tecnologa de acceso de radio y una arquitectura de red flexible. Mobile
WiMAX usa en la interfaz aire SOFDMA (Scalable Orthogonal Frequency Division
Multiple Access) que soporta canales de ancho de banda escalables de 1.25 a 20
MHz. Las caractersticas ms sobresalientes de WiMAX Mvil son:
Altas tasas de transferencia: La inclusin de la tcnica de antenas MIMO
(Multiple In Multiple Out, es un arreglo de antenas donde varias transmiten yvarias reciben la seal) proporciona altas tasas de transferencia de informacin.
WiMAX mvil soporta hasta 63 Mbps de bajada y 28 Mbps de subida por sector
en canales de 10 MHz.
Calidad de Servicio (QoS): Una de las principales caractersticas es la
arquitectura de MAC de WiMAX mvil. Al sistema se le pueden incluir etiquetas
MPLS de extremo a extremo y variadas tcnicas de QoS sobre IP, las cuales
sern explicadas ms adelante.
Escalabilidad: WiMAX puede trabajar con diferente canalizacin, lo que le da la
ventaja de acomodarse a los diferentes requerimientos mundiales.
Seguridad: Soporta distintos aspectos de seguridad y autentificacin EAP
(Extensible Autentication Protocol), encriptacin AES-CCM (Advanced Encryption
Standard Counter with Cipher-block chaining Message authentication code) y
esquemas de proteccin CMAC (block Cipher-based Message Authentication
Code) y HMAC (keyed Hash Message Authentication Code).
2 Basado en: WiMAX Mobile, A Technical Overview and Performance, WiMAX Forum (2006).
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Movilidad:WiMAX mvil, soportar handovercon una baja latencia, menor a los
50 ms. Ser capaz de proporcionar aplicaciones en tiempo real como VoIP sin
degradacin del servicio.
2.3.2 Descripcin de la capa fsica
2.3.2.1 Estructura OFDMA3
OFDM es una tcnica de multiplexacin que subdivide el ancho de banda en
mltiples canales de frecuencia. Este sistema divide el trfico de datos en muchas
subportadoras de baja tasa de datos y cada una es modulada y transmitida sobre
canales separados ortogonalmente. OFDM proporciona una alta eficiencia espectral,mayor tolerancia a interferencias, puede soportar NLOS ya que tiene mayor
tolerancia a la multitrayectoria y mejor cobertura.
OFDMA es un esquema de acceso mltiple que permite la multiplexacin de varios
usuarios en un subcanal. OFDMA es la versin multiusuario de OFDM.
IEEE 802.16e Wireless MAN OFDMA es basado en el concepto de escalable
OFDMA (SOFDMA). La escalabilidad es soportada mediante el ajuste del tamao de
la transformada rpida de Fourier (FFT, Fast Fourier Transform), mientras calza las
frecuencias de las subportadoras separadas a 10.94 kHz. Detalle de los parmetros
de la canalizacin en la tabla N 2.
3 La estructura OFDM, esta explicada con mayor detalle en el proyecto de licenciatura: Evolucin delas redes inalmbricas, camino a WiMAX.
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TABLA N 2. Parmetros de los canales SOFDMA4
Fuente: WiMAX Forum (2006)
2.3.2.2 Estructura TDD
El estndar inicial de WiMAX Mvil slo incluye estructura de duplexacin TDD. En
las futuras actualizaciones de estndar se considerar FDD para un mercado
especfico. Aunque TDD requiere sistemas de sincronizacin, es el sistema preferido
para transferencia de datos, por variadas razones:
Con TDD se puede ajustar la razn de datos de enlace de subida/bajada, lo cual
se usa para trfico asimtrico, mientras que con FDD los enlaces de subida y
bajada son fijos y generalmente para trfico simtrico, como la voz.
FDD requiere dos canales a diferencia de TDD que slo requiere uno para uplink
y downlink.
Los transceptores (transceiver) para TDD son menos complejos y por ello menos
costosos.
Mayores detalles de la duplexacin TDD y especficamente su comparacin con
FDD, se analizarn en el captulo 4.
4 Canalizacin disponible en la primera versin de WiMAX 802.16 2005.
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2.3.2.3 Otras caractersticas de la capa fsica
Modulacin adaptativa y codificacin (AMC)5, requerimiento de repeticin automtica
hbrida (HARQ)6 y retroalimentacin de canal rpido (CQICH)7 fueron introducidos a
WiMAX Mvil para aumentar su cobertura y capacidad.
WiMAX Mvil soporta QPSK, 16QAM y 64QAM, los cuales son usados en downlinky
uplink, siendo 64QAM opcional para el uplink. Las mejores tasas de transferencia se
consiguen usando la modulacin 64QAM.
2.3.3 Descripcin de la capa MAC
2.3.3.1 QoS
WiMAX mvil posee un control de QoS en todo el recorrido del enlace, soporta el
uso de etiquetas MPLS (Multiprotocol Label Switching), sistema que le permite
priorizar paquetes. Este estndar soporta variados servicios y aplicaciones con
distintos requerimientos de QoS, detalles en la tabla N 3.
5 AMC explicado en detalle en el apartado 4.2.1.1. Lectura adicional en el Proyecto de Licenciatura:Evolucin de las redes inalmbricas, camino a WiMAX.6 HARQ explicado en detalle en el apartado 4.2.1.1.7 CQICH es una tcnica usada para conocer la calidad del canal de transmisin. Especficamente, lainformacin de estado indica un cociente de portadora-interferencia.
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TABLA N 3. QoS y aplicaciones de WiMAX Mvil
Fuente: WiMAX Forum (2006).
2.3.3.2 Movilidad
La vida de la batera de los dispositivos mviles y los handoff son dos aspectos
crticos en las aplicaciones mviles. El estndar no ha dejado estos aspectos en el
aire:
Administracin eficiente de la energa: WiMAX mvil soporta dos tipos de
operacin para la administracin de la energa, Sleep mode y Idle Mode. Estos
sistemas le proporcionan mayor duracin a la carga de la batera.
Handover: El estndar soporta tres tipos de handoff, Hard Handoff (HHO,
handoff duro), Fast base Station Switching (FBSS, conmutacin rpida de
estacin base) y Macro Diversity Handover (MDHO). El Handoff por defecto es
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HHO, mientras que los otros son modos opcionales. Se han desarrollado varias
tcnicas para optimizar el HHO, lo que ha derivado en conseguir delaysmenores
a 50 ms y as lograr mejor calidad de comunicacin.
2.3.3.3 Seguridad
WiMAX mvil incorpora las mejores tcnicas de seguridad disponibles. Los aspectos
de seguridad que incorpora son: autenticacin de dispositivo/usuario, protocolos de
administracin, encriptacin de trfico, control y gestin de proteccin de mensajes
planos y protocolo de optimizacin para handoffsrpidos.
2.3.4 Caractersticas adicionales de WiMAX 802.16 2005, antenas inteligentes(Smart Antenna)
WiMAX mvil soporta antenas inteligentes (Smart antenna), las cuales son arreglos
de antenas, que usa un algoritmo para procesar seales. Este sistema tiene
mltiples prestaciones, entre las cuales se incluyen:
Beamforming:Permite la mayor direccionalidad de la potencia de las antenas, lo
cual aumenta la cobertura y capacidad del sistema.
Cdigo de espacio - tiempo:Reduce el margen de desvanecimiento.
Multiplexacin espacial: Proporciona ventajas para mayores tasas de
transferencia. Mediante la multiplexacin espacial se puede transmitir mltiples
seales mediante varias antenas e igualmente para recibir la seal. Con MIMO
2x2 (arreglo de antenas, dos transmiten y dos reciben) se puede aumentar la
tasa transmitiendo 2 seales de datos.
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2.4 ARQUITECTURA DE LAS REDES WiMAX 802.16 2005
La arquitectura WiMAX esta basada en una plataforma ALL-IP (todo IP), o sea, la
conmutacin de paquetes est presente en toda la arquitectura de extremo a
extremo de la red (end-to-end), con esto se deja de lado la conmutacin de circuitos
como era tradicional en las redes de telefona.
La red WiMAX proporciona la flexibilidad para acomodarse a un amplio rango de
opciones de implementacin, como lo son:
Cobertura y capacidad de radio para sectores densos o levemente poblados.
Para ambientes urbanos, suburbanos y rurales.
Soporta variados tipos de topologas.
Coexistencia de servicios fijos, nomdicos y mviles en la misma red.
Bandas licenciadas y no licenciadas, aunque es muy poco probable que se
pueda hacer un despliegue mvil en bandas no licenciadas, debido al escaso
control que se puede tener sobre la banda y las interferencias que le afectaran.
Las redes de telecomunicaciones se pueden dividir en cuatro grandes bloques: CPE,
red de acceso, edgey ncleo o core. Se presenta la descripcin de estos bloques
para la red WiMAX, figura N 2.
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FIGURA N 2. Arquitectura de red WiMAX
Fuente: WiMAX Forum (2006).
2.4.1 Coreo ncleo de red
El ncleo es donde se localizan los equipos de alta capacidad de transmisin. En
este bloque se encuentran los elementos centrales de red, los cuales son capaces
de administrar y gestionar. Aqu se encuentran los servidores AAA, la plataforma deservicio, la red IMS y sistemas de cobros. La tecnologa WiMAX es principalmente
de acceso, no se necesita un ncleo de red exclusivo. El ncleo se puede
interconectar con ncleos de otras redes, inclusive con otras redes de acceso (redes
celulares o PSTN).
Dentro de las funcionalidades y protocolos del ncleo se encuentran:
Home Agent (HA): Almacena la informacin de los mviles permanentes en la
red, entrega el soporte para la movilidad administrando el protocolo IP mvil. MIP
(Mobile IP) es un protocolo diseado para los dispositivos mviles, el cual les
permite moverse de una red a otra manteniendo permanente su direccin IP.
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Servidor AAA (Authentication Authorization Accounting): Es el encargado
de realizar la autentificacin, autorizacin y contabilidad en la red.
Servidor DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol): Responsable de la
administracin y asignacin dinmica de direcciones IP para los dispositivos.
IMS (IP Multimedia Subsystem): Arquitectura flexible basada en la
conmutacin de paquetes para el despliegue de funciones mviles utilizando una
amplia gama de aplicaciones como voz, texto, imgenes, video, etc. Optimiza la
experiencia del usuario para aplicaciones multimedia integradas y ofrece a los
operadores mviles un medio eficiente para proveer mltiples aplicaciones
simultneamente sobre mltiples canales de acceso.
2.4.2 Edge
Edge, es la interfaz del ncleo con la red de acceso. Este segmento esta compuesto
por los gatewaydel sistema. Los gatewayson conocidos, en WiMAX, como ASN
GW (Access Service Network Gateway). Estos pueden estar conectados a varias
estaciones base, su funcin es hacer el papel de traductor hacia la red exterior de la
informacin que viene del core.
2.4.3 Red de acceso
Esta es la red donde estn todos los sistemas que permiten llegar al usuario final,
aqu donde se reflejan las ventajas de WiMAX en sus tcnicas de propagacin y
modulacin.
En este bloque se encuentran las estaciones base WiMAX mvil. Las BTS son las
que establecen la conectividad con los CPE.
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Como esta es una tecnologa de microondas, el interfaz que separa la red de acceso
con los terminales del usuario es el aire.
2.4.4 CPE (Customer Premises Equipment) o terminal de usuario
Los CPE son los equipos que se ubican en el destino final del suscriptor,
proporcionan conectividad va radio con la estacin base. En este bloque WiMAX
tambin marca diferencia al ofrecer variados CPEs segn la necesidad del servicio a
ofrecer. Dentro de los terminales que se podrn disponer estn:
Terminales fijos: WiMAX Mvil dispondr de CPEs internos autoinstalables para
computadores de escritorio, as como tambin CPEs con antenas externas paraservicio de Internet y telefona.
Terminales portables: Los principales dispositivos disponibles para WiMAX
Mvil sern las tarjetas PCMCIA para notebooks y ms adelante se espera la
conectividad WiMAX integrada en los notebooks (similar a la solucin Wi-Fi).
Obviamente los terminales portables podrn funcionar de manera fija.
Terminales mviles: Con la llegada de la movilidad aparecern dispositivos tipo
smartphone o PDA con WiMAX integrado. Estos dispositivos podrn funcionar de
manera portable y fija.
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CAPITULO III
TECNOLOGIAS PARALELAS A WiMAX MOVIL
3.1 INTRODUCCION
La banda ancha mvil tendr, sin duda, una demanda explosiva y con ello surgirn
variadas opciones de distintos fabricantes y estandarizadores para ganar ese nicho.
Principalmente este captulo se centrar en hacer un recorrido en nuevas
tecnologas paralelas a WiMAX y sus organismos estandarizadores, de modo de
introducir al lector en el escenario tecnolgico y as estar mejor preparado para la
comprensin del captulo 4: Comparacin de WiMAX mvil con HSDPA.
En esta revisin se incluirn las tecnologas 3G, 4G, WiBro y el nuevo estndar de la
IEEE 802.20, ya que se consideran las ms relevantes en la banda ancha mvil y
son las que generan mayor competencia a Mobile WiMAX 802.16e.
3.2 TERCERA GENERACION, 3G
Esta generacin de telefona mvil se distingue por proporcionar servicios de voz y
datos, con velocidades de transmisin de datos que van entre 144 Kbps a los 2
Mbps8, una mayor eficiencia espectral que su generacin predecesora (2G), calidad
de voz comparable a la de los sistemas cableados, interoperabilidad con sistemas de
segunda generacin, entre otras caractersticas. Para la transmisin de voz ocupa
conmutacin de circuitos y para la transferencia de datos ocupa la conmutacin de
paquetes IP.
8 Requisitos de la ITU para las redes IMT 2000 (3G), 1999
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FIGURA N 3. Logotipo IMT
Fuente: ITU (2006).
La ITU junto con organismos de la industria de las telecomunicaciones, es la
institucin encargada de definir y aprobar los requisitos tcnicos y estndares de los
sistemas 3G bajo el programa IMT-2000. El ao 1999 la ITU aprob cinco interfaces
de radio para los estndares IMT-2000:
IMT-DS (direct sequence): Se conoce por UTRA FDD o bien WCDMA
IMT-MC (Multicarrier): Es la versin 3G del sistema IS-95, conocido como
CDMA2000.
IMT-TC (Time Code): Es el UTRA TDD.
IMT-SC (Single Carrier): Versin particular de GSM evolucionada, conocido
como EDGE.
IMT-FT (Frequency Time): Conocido como DECT, Digital Enhanced Cordless
Telecommunications.
Actualmente se considera 3G a los sistemas que pueden entregar velocidades de
transmisin de datos mayores a 384 kbps. Las tecnologas que alcanzan estos
niveles no son muchas, las cuales son evoluciones de las tecnologas GSM y CDMA.
En el caso de GSM su versin 3G es WCDMA (UMTS) con su evolucin HSDPA y la
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familia CDMA2000 tiene su versin 3G en sus evoluciones CDMA2000 1xEVDO y
CDMA2000 1xEVDV.
FIGURA N 4. Roadmapde las tecnologas 3G
Fuente: WiMAX Forum (2006).
3.2.1 EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution)
EDGE, es una tecnologa de la telefona mvil. Es considerada una poderosa
evolucin de la tecnologa GSM/GPRS e incrementa la capacidad de datos por tres,
comparado con GPRS. EDGE funciona con tecnologa de acceso TDMA y es
compatible hacia atrs con GPRS.
EDGE puede alcanzar una velocidad mxima de bajada de 473 Kbps, pero
normalmente el usuario dispone de velocidades de bajada entre 100 130 kbps.
Con esta tecnologa se pueden usar aplicaciones que requieren mayor capacidad
que GPRS, como lo son los servicios multimedia. El estndar ha sido aceptado por
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la ITU como parte de IMT-2000, de la familia de estndares 3G. EDGE fue estrenado
en las redes GSM de Norte Amrica en el ao 2003.
Una de las ventajas que tiene EDGE, para los operadores GSM/GPRS, es que para
su implementacin, el ncleo (core network) no necesita ser modificado, sin
embargo, las estaciones base, si. Adems, se deben instalar transceptores
compatibles con EDGE, adems de nuevos terminales. Ocupa las mismas bandas
de frecuencia que GSM: 850, 900, 1800 y 1900 MHz. En general, el cambio a EDGE
no resulta tan costoso.
EDGE ocupa tcnicas de enlace de radio, entre las que destaca la modulacin
8PSK, que permite transmitir 3 bits de informacin en cada smbolo. Tambin incluyeesquemas de codificacin mltiple, donde la red puede ajustar el nmero de bits
dedicados al control de errores.
El organismo 3GPP estudia incluir evoluciones de EDGE en su Release 7(esperado
para mediados del 2007), donde se espera contar con mayores tasas de
transferencia de datos, mejoras en la eficiencia espectral y disminuir la latencia, uno
de los puntos bajos de EDGE, ya que tiene una latencia alta lo que degrada el
servicio de voz y afecta la QoS.
3.2.2 WCDMA (UMTS)
El organismo estandarizador de WCDMA y sus evoluciones (HSDPA/HSUPA) es el
foro 3GPP (3rdGeneration Partnership Project). Esta entidad esta formada por ETSI9
en Europa, ATIS10 en EEUU, ARIB11 y TTC12 en Japn, TTA13 en Corea y CCSA14
9 ETSI: European Telecommunications Standards Institute.10 ATIS: Alliance for Telecommunication Industry Solutions.11 ARIB: Association of Radio Industries and Businesses.12 TTC: Telecommunications Technology Committee.13 TTA: Telecommunications Technology Association.14 CCSA: China Communications Standards Association.
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en China. La preocupacin de 3GPP es elaborar las especificaciones tcnicas para
la tecnologa WCDMA y lograr masificar el uso de sta.
FIGURA N 5. Miembros de 3GPP
Fuente: 3rd Generation Partnership Project (2006).
WCDMA (Wide Code Division Multiple Access) es una tecnologa de mltiple acceso
que proporciona mayor tasa de transmisin de datos y es la evolucin de GSM parala tercera generacin.
Universal Mobile Telecommunications Systems (UMTS) es el estndar que usa
WCDMA, la cual utiliza FDMA (acceso mltiple por divisin de frecuencia) y TDMA
(acceso mltiple por divisin de tiempo). CDMA es la tcnica de acceso mltiple con
espectro extendido, usa todo el espectro. Esta tcnica proporciona variadas ventajas
como: velocidades de hasta 2 Mbps, seguridad y resistencia a interferencias; UMTS
ofrece otras ventajas como roamingy cobertura mundial.
Entre las principales caractersticas de UMTS destacan: poseer un estndar
universal que busca masificar el uso de esta tecnologa ofreciendo amplia gama de
terminales, servicios multimedia e Internet en zonas de difcil acceso para las redes
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fijas y finalmente UMTS ofrece alta velocidad de transferencia de datos ofreciendo la
banda ancha mvil.
La estructura de red UMTS esta compuesta por 2 subredes: la de
telecomunicaciones y la de gestin de red. La ltima se encarga de la facturacin y
tarificacin de los abonados, el registro y definicin de los perfiles de servicio, la
gestin y seguridad en el manejo de los datos, la operacin de los elementos de red
asegurando el correcto funcionamiento de esta y la deteccin de errores y su
resolucin.
La red de telecomunicaciones se preocupa de asegurar que la informacin llegue a
destino. De forma ms especfica se compone de los siguientes elementos:
Ncleo de Red (Core Network): El ncleo tiene principalmente 2 funciones,
transporte e inteligencia de red. La primera funcin soporta el transporte de la
informacin, sealizacin y la conmutacin. La funcin de inteligencia se
preocupa del encaminamiento, tambin incluye la gestin de la movilidad. A
travs del ncleo, se conecta con otras redes, de manera que la comunicacin no
sea slo entre los usuarios UMTS, sino con otras redes, como puede ser la
PSTN.
Red de acceso radio (UTRAN, UMTS Terrestrial Radio Access Network): Es
la red de acceso que proporciona la conexin entre los CPE y el ncleo de la red.
CPE (Customer Premises Equipment): Las especificaciones UMTS usan el
trmino User Equipment(UE).
La interfaz de radio UMTS funciona sobre dos sistemas: TDD y FDD, la decisin de
usar un sistema u otro depende de las condiciones que se dispongan.
Las evoluciones de WCDMA para 3.5G son HSPA, High Speed Packet Access.
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3.2.3 HSDPA / HSUPA (HSPA)
HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) es la optimizacin de la tecnologa
UMTS FDD y sus especificaciones estn incluidas en el Release 5 de 3GPP.
HSDPA consiste en un nuevo canal compartido en el downlink(enlace descendente)
que mejora significativamente la capacidad mxima de transferencia de informacin,
que puede alcanzar tasas de hasta 14 Mbps.
Es compatible e interoperable con WCDMA, o sea, aplicaciones desarrolladas para
WCDMA funcionarn con HSDPA. La mayora de los proveedores UMTS dan
soporte a HSDPA.
Entre las prestaciones de HSDPA destaca que puede entregar tres veces ms
capacidad que WCDMA. Tambin actualiza a la tecnologa WCDMA al acortar la
latencia de la red (menos de 100 ms), entregando mejores tiempos de respuesta;
comparte sus canales de alta velocidad entre los usuarios del mismo dominio de
tiempo, lo que representa el enfoque ms eficiente. Incorpora modulacin adaptativa
y codificacin (AMC) y HARQ (Hybrid Automatic Repeat reQuest, explicado con
mayor profundidad en el captulo 4).
Esta tecnologa alcanza sus elevadas tasas de velocidad (14 Mbps de bajada), en
canales de 5 MHz FDD, gracias al agregado de modulacin de mayor orden 16QAM,
codificacin variable de errores y redundancia incremental, as como el agregado de
nuevas y potentes tcnicas, tales como programacin rpida15. Aparte de 16QAM en
el canal de bajada puede ocupar QPSK y en el de subida BPSK y QPSK. Adems,
HSDPA emplea un eficiente mecanismo de programacin para determinar qu
usuario obtendr recursos.
15Fast Scheduling, con mayor detalle en 4.2.1.1
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Existen varias optimizaciones para HSDPA que aumentarn an ms las
capacidades de UMTS/HSDPA, comenzando con un uplink optimizado (HSUPA,
capacidad en uplink de hasta 5.8 Mbps), receptores avanzados y antenas
inteligentes, MIMO. La combinacin de las tecnologas HSDPA y HSUPA se conoce
como HSPA.
Entre los servicios que se podrn tener con HSDPA destaca el vdeo en tiempo real
con mayor calidad y las descargas de archivos multimedia.
3.2.4 Long Term Evolution of 3G 3G LTE
3GPP ha empezado a trabajar en el proyecto 3G LTE, Long Term Evolution 3G(ansu desarrollo se encuentra en las primeras etapas). Esta tecnologa es el paso previo
a 4G. Se espera que los primeros productos estn disponibles para el 2008 2009.
El objetivo de esta evolucin es proporcionar servicios de banda ancha mvil,
otorgando grandes capacidades de transferencia de datos. Entre las principales
caractersticas que soporta destacan:
Velocidades de 100 Mbps para el enlace de bajada y 50 Mbps para el enlace de
subida por celda.
Operacin en todas las bandas de frecuencia celulares (2G y 3G).
Se incrementa la eficiencia espectral con respecto a sus antecesores.
Soporta ancho de banda flexible para sus canales, de 1.25 MHz a 20 MHz.
Se reduce la latencia. Los sistemas anteriores 3G tienen una latencia muy alta lo
que degrada el QoS.
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All IP. IP de extremo a extremo de la conexin.
Para lograr las caractersticas mencionadas LTE usa conmutacin de paquetes IP
(soportando VoIP) para la transferencia de datos. El sistema de multiplexacin
elegido para dar la cobertura y capacidad deseadas es OFDM; tambin soportar
arreglo de antenas MIMO. Para la duplexacin podr utilizar canales FDD y TDD.
Las caractersticas indicadas estn incorporadas en WiMAX mvil.
Se desprende del prrafo anterior que 3GLTE tcnicamente es muy parecido a
WiMAX, por lo que se sospecha, de parte de los proveedores, una posible
convergencia de ambas tecnologas o en su defecto una fuerte disputa por alcanzar
el mercado de la banda ancha mvil.
3.2.5 CDMA2000 1x
Tambin conocido como CDMA2000 1xRTT (1 times Radio Transmission
Technology). Esta tecnologa incluye mejoras en la capa fsica para aumentar la
velocidad de transferencia, ofreciendo velocidades de hasta 144 kbps en canales de
1.25 MHz, FDD. CDMA 2000 1x es oficialmente una tecnologa 3G, pero es
considerada por muchos, como una tecnologa 2.5G, pese a que esta denominacin
no es oficialmente reconocida por la ITU. Actualmente es utilizada por variados
operadores en EEUU. Fue la primera tecnologa 3G en implementarse durante el
2002.
De igual manera como se estableci 3GPP para la estandarizacin UMTS, la
estandarizacin de las tecnologas CDMA2000 (1x, 1xEVDO, 1xEVDV) se realiza a
travs de un proyecto de colaboracin llamado 3GPP2 compuesto por: ARIB de
Japn, CCSA de China, TIA de EEUU, TTA de Corea y TTC de Japn. Tambin
cuenta con dos representantes de mercado: CDG (CDMA Development Group) e
IPv6 Forum.
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Por su baja capacidad de transferencia de datos esta tecnologa, se estima que no
es relevante en la banda ancha mvil, entonces no se ahondar ms en ella ni se
incluir en la comparacin tcnica. Se incluy esta referencia por ser la base de
otras tecnologas 3G: CDMA2000 1xEVDO y CDMA2000 1xEVDV.
3.2.6 CDMA2000 1x EVDO
CDMA2000 1xEVDO (Evolution-Data Optimized, originalmente Evolution-Data Only),
tambin conocido como DO, es una evolucin de CDMA2000 1x para 3G. EVDO
posee sistema de transmisin de datos para canales FDD de 1,25 MHz. La
especificacin original (Revisin 0, en adelante Rev.0) puede alcanzar velocidades
de bajada de hasta 2.4 Mbps y de subida de 153 kbps, lo cual es bastante superior alo que ofrece su tecnologa de base CDMA 2000 1x. Dentro de las caractersticas
que se modificaron de su predecesor destacan: el canal de bajada cambio de CDM
(Code Division Multiplex) a TDM (Time Division Multiplex), se agreg cdigo
adaptativo (Turbo Code), se incluy HARQ y el handoffsuave se reemplaza por el
handoffsuave virtual que es ms eficiente en el ancho de banda. 1xEVDO Rev.0
fue diseado para soportar slo servicios de paquetes de datos.
En su ltimo lanzamiento llamado Rev.A fueron incluidas nuevas caractersticas en
las especificaciones de 1xEVDO. Para el downlink se disminuy el tamao de los
paquetes y se consigui una mayor tasa de datos, 3.1 Mbps en el downlink. Para
uplinkse incluy soporte de HARQ y AMC, lo cual aport una mayor tasa de datos
alcanzando 1.8 Mbps. Bsicamente los principales avances en esta revisin son
mejoras en los canales y la capa MAC. Las modulaciones soportadas para downlink
incluyen QPSK, 8PSK y 16QAM.
El estndar de la Rev.A fue aprobado en marzo del 2004 y los servicios comerciales
comenzaron a fines del 200616.
16 Fuente: www.3gtoday.com
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EVDO Rev.B pretende compatibilizar las revisiones anteriores. Entre las
caractersticas que se esperan son, 46 Mbps de bajada y 27 Mbps de subida en
canales de 20 MHz. Su disponibilidad est anunciada para fines del 2007.
3.2.7 CDMA2000 1xEVDV
CDMA2000 1xEVDV (1x Evolution-Data/Voice), soporta una velocidad de datos de
downlinkhasta 3.1 Mbps y una velocidad de uplinkhasta 1.8 Mbps.
En el 2005, se detuvo el desarrollo de EVDV, debido a la falta de inters por parte de
los operadores, sobre todo porque la mayora de ellos se inclin por EVDO. Como
era lgico, se centraron esfuerzos slo en un estndar.
3.3 CUARTA GENERACIN, 4Gmobile
Mientras 3G busca alcanzar todo su potencial tcnico y de ventas, aparece en el
horizonte una nueva tecnologa: 4G, cuarta generacin de telefona mvil, la cual
an se encuentra en desarrollo. El espectro que se usar todava no esta definido y
se estima que no antes del 2007 ser especificado. Su debut se espera para 5 aos
en Asia y para 10 aos en el resto del mundo, o sea, entre el 2010 y el 2015 se
tendr acceso a los servicios 4G. La ITU an no reconoce oficialmente el trmino
4G.
Estas tecnologas estn basadas en el protocolo IP, en el ncleo y en las redes de
acceso y busca soportar todos los servicios con la tecnologa Internet Protocol, por lo
que se tendr VoIP y servicio de Internet Banda Ancha (All IP), proporcionando
velocidades de hasta 300 Mbps en la red de acceso.
Entre sus elementos ms representativos esta el soporte de QoS, AAA
(Autorizacin, Autentificacin y Contabilidad) y obviamente la movilidad, con
handovery roaming.
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Originalmente la tecnologa IP no se concibi con soporte para QoS. Sin embargo,
se le incluyen diversas caractersticas para soportar esta funcionalidad.
Los aspectos tcnicos an no estn completamente definidos, pero se sabe que
para proporcionar la capacidad de transferencia que se promete, 4G ocupar la
tcnica de multiplexacin OFDM (al igual que WiMAX) o WOFDM (Wide OFDM) y
usar arreglos de antenas MIMO (Multiple In Multiple Out). Para resolver el espacio
de las direcciones IP el sistema prevee el uso de IPv6 (se usarn direcciones
pblicas).
La cuarta generacin propone OWA (Open Wireless Architecture, arquitectura
inalmbrica abierta) que busca integrar diferentes tecnologas de acceso, con el finde hacer converger mltiples tecnologas basadas en protocolos IP, las cuales
podran ser: Wi-Fi, Ethernet e inclusive WiMAX. Tambin los promotores de 4G
anunciaron que se podr usar como acceso, las tecnologas 3G, como WCDMA
(UMTS). El ideal de esta tecnologa es converger todos los servicios (sean fijos o
mviles) en una tecnologa nica que sera 4G.
Actualmente la entidad 4GMF17 (foro de la cuarta generacin mvil), promueve esta
tecnologa, respaldado por 100 industrias de electrnica y telecomunicaciones. El
foro espera que 4G sea un negocio de 800 billones de dlares para el 2020.
Al parecer no existe apuro por lanzar esta tecnologa, pese a que existen
importantes grupos de trabajo detrs de ella. Probablemente esta decisin sea por
motivos comerciales y estratgicos.
17 4G Mobile Forum, www.4gforum.com, 2006.
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3.4 WiBro
WiBro (Wireless Broadband) es una tecnologa de banda ancha inalmbrica mvil
desarrollada en Corea por SK Telecom y Hanaro Telecom. Es la tecnologa coreana
basada en el estndar de la IEEE 802.16 y estandarizado por la TTA
(Telecommunications Technology Association) de Corea. La empresa coreana
Samsung es uno de los principales promotores de esta tecnologa. WiBro esta
basado en la tecnologa WiMAX Mvil.
WiBro puede ofrecer capacidad de transferencia cercana a los 20 Mbps con
cobertura de 1 km de radio inclusive a velocidades vehiculares, permitiendo handoff
entre celdas. La banda de frecuencia designada para su operacin es la de 2.3 GHz,ofreciendo su capacidad en canales TDD de 9 MHz.
Al igual que WiMAX, WiBro soporta el acceso mltiple OFDMA y ocupa las
modulaciones QPSK, 16 QAM y 64 QAM. Bsicamente ambas tecnologas tienen las
mismas caractersticas y soportan las tcnicas para el soporte de QoS, las cuales le
permiten a WiBro mantener servicio de telefona con velocidades de hasta 60 km/hr.
Al estar basado en el mismo estndar, se espera interoperabilidad entre WiMAX y
WiBro, pero el camino de ambas tecnologas es actualmente diferente, ya que,
WiBro slo esta diseado para Corea del Sur y para operar en la banda de 2.3 GHz
a diferencia de su hermano occidental el cual esta contemplado para las bandas
2.5 y 3.5 GHz.
WiBro es una tecnologa precursora en lo que respecta a la banda ancha mvil, en
Julio de 2006 se puso en servicio la red en Corea del Sur. En trminos comerciales,
la red de Corea, para principio del 2007, no se alcanza el xito comercial esperado
debido a la escasa oferta de servicios y dispositivos.
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3.5 IEEE 802.20 MOBILE BROADBAND WIRELESS ACCESS (MBWA)
La institucin que estandariza esta tecnologa es el IEEE. Este instituto se organiza
en grupos de trabajo y sus miembros son personas individuales, no compaas.
El grupo de estudio IEEE 802.20 fue creado el 11 de diciembre del 2002 para
estudiar el acceso inalmbrico de banda ancha mvil.
Este grupo de estudio busca desarrollar las especificaciones para la transmisin de
paquetes de manera eficiente por la interfaz aire basado en IP.
Se busca especificar la capa fsica y la MAC para la interoperabilidad en el interfazaire, operando en bandas de frecuencias licenciadas bajo los 3.5 GHz, optimizado
para el transporte de datos IP, con tasas de transferencia por usuario de hasta 1
Mbps. Las tecnologas soportarn velocidad vehicular de hasta 250 km/h en una red
rea metropolitana, MAN.
IEEE 802.20 todava esta en una etapa de investigacin y no se espera antes de dos
aos que se complete su desarrollo. Otro aspecto que juega en su contra, es que
802.20 an no tiene apoyo masivo de la industria, lo que hace cuestionable su
operabilidad de aqu a un futuro cercano.
Los estndares no estn terminados por lo que no se conoce mucho de lo que sern
sus detalles tcnicos. Es anticiparse mucho, hacer una comparacin tcnica y
econmica para revisar los alcances de esta tecnologa.
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CAPITULO IV
COMPARACION DE WiMAX MOVIL CON HSDPA
4.1 INTRODUCCION
En este captulo se realiza una comparacin tcnica de las tecnologas de banda
ancha mvil, con el fin de anticipar el escenario en futuro del servicio mvil de datos
y estimar cuales son las que ms se acomodan al mercado chileno. Las tecnologas
evaluadas sern las de inters para Entel, HSDPA yWiMAX Mvil.
La comparacin tcnica, incluye una revisin de las frecuencias de operacin, la
canalizacin, handover, latencia, multiplexacin y anlisis de su capacidad frente al
ancho de banda necesario y su eficiencia espectral (bps/Hz). Tambin se analizarn
otros aspectos como la cobertura y ao de disponibilidad.
La comparacin econmica, busca revelar la experiencia en el mundo con respecto
los costos de las licencias de cada tecnologa, y luego traducirlo en costos por Hz
($/Hz).
La revisin de frecuencias de operacin ser complementada con el marco
regulatorio de Chile y el mundo.
Finalmente se incluye un anlisis estratgico de las tecnologas.
4.2 COMPARACION
En esta seccin se va a comparar las tecnologas de mayor competencia a WiMAX.
Se ha estimado que esta comparacin incluir la tecnologa HSDPA/HSPA, por el
inters de Entel en su implementacin. Fuera de este anlisis quedaron:
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EDGE:Por su baja capacidad de transferencia de datos. Por muchos ni siquiera
es considerada como una tecnologa 3G, aunque oficialmente lo sea. Entel ocupa
EDGE para su servicio de datos mvil.
WCDMA/UMTS: Su capacidad de transferencia de datos es una gran solucin
para el da de hoy, pero para el futuro 3GPP ya que tiene un espacio reservado a
su evolucin HSPA. Lentamente las compaas que manejan esta tecnologa
empezarn la migracin a su evolucin.
3G LTE: Esta tecnologa an esta en sus etapas iniciales, pero segn su timeline
y sus caractersticas tcnicas es probable que sea un fuerte competidor de
WiMAX Mvil en su primera actualizacin, lo que ser en unos aos ms(probablemente para el 2008 2009). Por otra parte, no se descarta de parte de
los fabricantes, que debido a las caractersticas comunes de ambas tecnologas
una posible convergencia de ellas. De todas maneras actualmente es muy difcil
anticipar el escenario futuro.
CDMA2000 1x: Lo mismo que EDGE. Escaso potencial, esta siendo
reemplazado rpidamente.
CDMA2000 1xEVDV: Le falt el apoyo de la industria, la cual deba decidirse por
una de las dos evoluciones de CDMA2000. Las preferencias fueron por 1xEVDO.
CDMA2000 1xEVDO: Entel se inclin desde un comienzo por las tecnologas
GSM, entonces estos estndares ya no son atractivos por que un cambio seria
muy costoso.
4G: Pese a prometer grandes caractersticas que pueden cambiar los conceptos
de las telecomunicaciones, sus estndares an estn en borrador y da la
impresin que an no se quiere apurar el desarrollo de esta tecnologa, para no
quitarle protagonismo a 3G. Bsicamente son razones estratgicas las que tienen
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a 4G fuera del escenario actual. Se necesita un 3G consolidado para dar paso a
la siguiente generacin.
IEEE 802.20: Es un estndar muy parecido a lo que muestra 802.16e. Su
estandarizacin an no esta terminada, y por lo tanto le queda un gran trecho por
recorrer antes de ser una tecnologa comercial. Adems este estndar no tiene
un gran apoyo de la industria, requisito fundamental para que una tecnologa
surja, por lo tanto no ser considerado en el anlisis.
En la figura N 6 se muestra la lnea de tiempo y la aparicin de las tecnologas con
lo implementado en la actualidad y las proyecciones de nuevas tecnologas. Un
anlisis del futuro tecnolgico es complejo y sin duda osado, por ello, lo que sepretende analizar en este informe son las tecnologas que compiten en la actualidad
y un futuro cercano, WiMAX 802.16e y HSDPA/HSPA (de amarillo en la figura N 6).
FIGURA N 6. Lnea de tiempo de las tecnologas y sus estandarizadores
Fuente: Alcatel, CDG, WiMAX Forum, 3GPP, 3GPP2 y propia (2006).
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Como se observa en la figura N 6 WiMAX Mvil ser la primera tecnologa en
ofrecer el acceso de banda ancha inalmbrica (BWA).
Se agreg en esta seccin una comparacin tcnica, una comparacin de
desempeo y una comparacin econmica, las cuales buscan principalmente
mostrar los aspectos ms relevantes de cada tecnologa compararlos con
parmetros comunes y as determinar el potencial de cada una.
En esta comparacin se incluyen estudios hechos por WiMAX Forum, Maravedis y
Entel.
4.2.1 Comparacin tcnica de WiMAX con HSPA
HSPA est basado sobre el estndar CDMA 3G para proporcionar data sobre una
red originalmente concebida para servicios de voz, lo cual tiene limitaciones,
ventajas y desventajas. WiMAX, en cambio, fue desarrollado para servicio de banda
ancha fija. Se tuvo que incluir una serie de caractersticas para cumplir los
requerimientos de movilidad. En esta seccin, se presentarn las diferencias y
similitudes de las tecnologas.
4.2.1.1 Puntos en comn de las tecnologas
Antes de reconocer las diferencias tcnicas de cada tecnologa se revisar las
caractersticas comunes entre: HSPA, WiMAX:
Codificacin y Modulacin Adaptativa (AMC):Consiste en adaptar el esquema
de codificacin y la modulacin en funcin de la calidad del enlace, lo cual
maximiza el rendimiento. Esta caracterstica es particularmente importante
debido a que la calidad del enlace areo cambia en forma constante debido a los
efectos del desvanecimiento o multitrayectoria, como tambin a la presencia de
otros usuarios.
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En particular WiMAX Mvil y HSPA ocupan la codificacin Turbo, pero HSPA y
WiMAX mvil soportan la codificacin CC, ambos son cdigos con deteccin de
errores. Las modulaciones soportadas por las tecnologas estn especificadas en
la tabla N 4.
Hybrid ARQ (Automatic Repeat reQuest): Se emplea para limitar la
retransmisin de paquetes de datos. Si bien la redundancia se usa como mtodo
para asegurar la calidad del enlace, provoca ineficiencia de la red, ya que ocupa
recursos de esta, sobretodo cuando la retransmisin de datos no es necesaria.
Con HARQ, la estacin base puede dejar de transmitir la informacin redundante
una vez que el terminal ha decodificado el paquete con xito, sin HARQ, se
tendra que transmitir todo el paquete, incluso si este ya hubiera sidodecodificado con xito.
Programacin rpida (Fast Scheduling):Los programadores se encuentran en
las BTS y lleva el control de las transmisiones, tomando en cuenta el trfico, los
requerimientos de QoS, capacidades del terminal, potencia y cdigos disponibles.
HSPA aplica este sistema en el enlace de bajada, en cambio WiMAX mvil usa
Fast Schedulingen los enlaces de subida y bajada.
Handoffeficiente en ancho de banda:El handoffsuave es muy comn en las
redes de voz mvil. Con este tipo de handoffel dispositivo mvil se comunica en
forma simultnea con mltiples BTS cuando pasa de celda en celda. Este
proceso asegura un handoffseguro e ininterrumpido pero provoca ineficiencia en
la red, puesto que se emplean recursos de la red para soportar el mismo trfico.
WiMAX mvil y HSPA usan diferentes tipos de handoff con uso eficiente de
recursos, WiMAX mvil soporta Network Optimized Hard Handoffy HSPA usa
Network Initiated Hard Handoff.
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TABLA N 4. Resumen de las caractersticas comunes de las tecnologas
Fuente: Propia (2006).
4.2.1.2 Diferencias entre las tecnologas
Para analizar las diferencias tcnicas de las tecnologas, se han definido varios
criterios los cuales sern analizados uno a uno para as ir generando un panorama
ms completo de ellas.
Frecuencias de operacin:
Las frecuencias pueden influir en variados aspectos, siendo la propagacin la mayor
afectada. Con la misma potencia, dos seales de distinta frecuencia, tienendiferentes coberturas, ya que, a frecuencias ms altas existen mayores prdidas de
espacio libre, lo que implica menor cobertura del sistema para un grado de servicio
determinado. Otra implicancia de la frecuencia es el tamao de antena de recepcin,
entonces, a mayor frecuencia se necesitan antenas de menor tamao para su
recepcin, lo cual influye directamente en el tamao de los CPE. Si las diferencias
en las frecuencias no son tan grandes, estos efectos pueden ser despreciables,
mediante mejoras en las antenas o una correcta planificacin de los sitios, por lo
cual resulta ms importante al momento de eleccin de frecuencia, la disponibilidad
de estas en el pas.
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Todas estas tecnologas manejan cierta flexibilidad de frecuencias, con el fin de dar
la opcin a los operadores de elegir la banda de mayor conveniencia. En resumen
de las frecuencias de operacin se tiene:
WiMAX Mvil:
2300 MHz
2500 MHz
3500 MHz
3G (HSPA):
850 MHz
1800 1900 MHz
2000 MHz
2500 2690 MHz
Ms adelante, en este mismo captulo, se incluye una muestra del marco regulatorio
en Chile y el mundo.
Mtodo de duplexacin:
La duplexacin se refiere al sistema por el cual la seal puede fluir en ambos
sentidos (full duplex). Los mtodos ocupados en la telefona mvil son en funcin del
tiempo (TDD, Time Division Duplex) y la frecuencia (FDD, Frequency Division
Duplex).
En el modo TDD la duplexacin se hace por divisin de tiempo y cdigo, con una
sola portadora e intervalos temporales de transmisin que se reparten entre distintos
usuarios en ambos sentidos (transmisin y recepcin). Al usar 1 portadora, slo es
necesaria una banda de frecuencia.
En el caso FDD la duplexacin se hace por divisin en frecuencia y cdigo,
utilizando 2 portadoras, una para el enlace de subida y otro para enlace de bajada,
por esto es necesario dos bandas separadas por un espacio de frecuencia.
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La tecnologa HSDPA est basada en sistemas FDD, mientras WiMAX Mvil esta
basado en TDD18.
Aparentemente TDD es ms atractivo al tener mayor eficiencia espectral (slo un
canal), pero el anlisis no es tan sencillo, por lo cual puede resultar difcil estimar
qu modo es el mejor, ya que ambos tienen caractersticas propias que las hace
ms o menos deseables. Algunas caractersticas destacables son:
FDD requiere un par de canales, TDD en cambio, requiere uno slo para enlace
de subida y bajada, lo que le da una mayor eficiencia espectral y una gran
flexibilidad para adaptarse a variadas asignaciones de espectros de frecuencias
globales.
TDD necesita sistemas de sincronizacin muy robustos para tomar la seal, no
as FDD ya que al usar dos portadoras diferentes es ms sencillo recuperar la
seal. Pero por otro lado los sistemas FDD usan duplexadores y dos antenas
para recibir la seal, lo que provoca que el hardwareFDD sea ms caro.
Con TDD se puede ajustar la tasa de enlace de bajada/enlace de subida, lo cual
le da ventaja cuando se manejan trficos asimtricos de datos, ya que, se puede
manejar las porciones de tiempo para los trficos. FDD generalmente ocupa el
mismo ancho de banda para el enlace de subida y de bajada y con eso se tiende
a desperdiciar recursos en el enlace de subida (en los enlaces de datos
generalmente la cantidad de datos de bajada es mucho mayor que los datos de
subida). Por otra parte TDD no es muy eficiente para enlaces simtricos como lo
es FDD. La voz ocupa, generalmente, enlaces simtricos, ya que los datos de
subida tienen el mismo volumen que los de bajada.
Tcnicas como el beamforming y MIMO funcionan muy bien con los sistemas
TDD, y no estn disponibles para FDD. Las tcnica de antenas MIMO afecta
18 Se espera en el futuro un releasepara Mobile WiMAX, que especifique soporte FDD.
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directamente en la eficiencia espectral de los sistemas, lo cual hace de TDD
MIMO una combinacin muy atractiva para los operadores.
Para la misma cobertura geogrfica TDD necesita mayor potencia que FDD.
FDD es un sistema ms antiguo, el cual fue creado para trfico de voz y no para
las necesidades asimtricas de la transferencia de datos.
WiMAX, WiBro, Wi-Fi ocupan TDD mientras que CDMA 2000, 1xEVDO, GPRS y
WCDMA entre otros ocupan en mtodo FDD.
Acceso mltiple:
Un efecto comn en las comunicaciones por radio es cuando la seal toma varias
trayectorias desde la antena de transmisin a la antena de recepcin, lo cual es
producto de la reflexin de la seal en la ionosfera, edificios o el suelo, lo que
provoca la llegada de mltiples rplicas de la misma seal a la antena receptora,
estas, con diferentes retardos y amplitud, este efecto es conocido como multipatho
multitrayectoria. Este fenmeno es indeseado ya que produce desvanecimiento de la
seal e interferencia. La mayor virtud de OFDMA es su tolerancia a la
multitrayectoria y a su vez el sistema OFDMA es ms robusto y menos complejo que
el sistema CDMA. Otra ventaja de OFDM es que transmite los smbolos por los
subcanales a una velocidad menor, lo cual sumado a la cabecera de smbolo que
incorpora (Cyclic Prefix) soluciona el problema de la interferencia intersmbolo (ISI),
esto le da una ventaja en la eficiencia espectral frente a CDMA. Ambos sistemas
soportan tcnicas como la programacin rpida, modulaciones de alto orden y
codificacin.
Las tecnologas 3G han optado por CDMA, Code Division Multiple Access, en
cambio, WiMAX Mvil usa OFDMA (Ortogonal Frequency Division Multiple Access).
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Ancho de banda del canal:
El ancho de banda del canal es la porcin de frecuencia que ocupa una portadora.
HSPA ocupa 5 MHz, WiMAX trabaja con una nueva propuesta: canalizacin
escalable, o sea, puede ocupar canales de 1.25, 5, 7, 8.75, 10 MHz y opcionalmente
podran llegar a 20 MHz. La escabilidad es una de las caractersticas ms
importantes de SOFDMA. Con la estructura de subportadoras OFDMA puede
soportar un amplio rango de anchos de banda del canal.
La escalabilidad se da ajustando el tamao de la FFT (Transformada Rpida de
Fourier). Con la flexibilidad de los canales WiMAX puede manejar la capacidad de
transmisin por sector.
Tasas transferencia:
La capacidad de transferencia de datos es un parmetro fundamental a tomar en
cuenta al momento de evaluar tecnologas (las tasas de datos estn especificadas
en la tabla N 5). La informacin de WiMAX Mvil esta dada para canales de 10
MHz. Es importante recalcar que a mayor ancho de banda de los canales mayor
capacidad de datos, pero naturalmente el ancho de banda mayor tiene su costo.
WiMAX Mvil puede manejar la tasa de datos enlace bajada (DL)/enlace subida
(UL), en este estudio se incluyen los casos DL/UL=1 y DL/UL=3, las tasas de datos
estn logradas suponiendo el uso de arreglos de antenas MIMO 2x2 en canales
TDD de 10 MHz. Se us en HSDPA dos canales FDD de 5 MHz y antenas SIMO.
TABLA N 5. Capacidad de transferencia de las tecnologas
Fuente: WiMAX Forum, basado modelo de capacidad, captulo 6 (2006).
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Calidad de servicio (QoS):
La calidad de servicio involucra variados aspectos, no slo lo tcnico, desde el punto
de vista del usuario, la calidad de servicio est en la satisfaccin de ste, y desde el
punto de vista de la red. Tambin importa la calidad del UE (User Equipment), la red
de acceso, la red de transporte y los servicios.
FIGURA N 7. Esquema de QoS
Fuente: Las Telecomunicaciones y la Movilidad de la Informacin, Telefnica (2005).
La figura N 7 ilustra una definicin de QoS, esquematizando los diversos aspectos
involucrados en un servicio de comunicacin inalmbrica. Para establecer un buen
nivel de calidad no es suficiente con implementar una tecnologa de nivel superior.
Est fuera del alcance de este proyecto analizar todos los aspectos de la calidad de
servicio.
El gran cuello de botella de las tecnologas mviles, en lo que respecta al QoS, es la
interfaz aire (en el dibujo, la accesibilidad de servicio y red). Por ello la mayor parte
de los esfuerzos estn dedicados a superar los problemas generados por la interfaz.Todas las tecnologas estudiadas tienen soporte de QoS, en el caso de WiMAX
mvil se analiz en el captulo 2, HSPA tambin tienen soporte de QoS.
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HSPA introduce mejoras en la latencia, aunque WiMAX Mvil tiene el mejor
desempeo proporcionando latencia menor que sus competidores.
A modo de resumen de lo desarrollado en esta seccin, se incluy la tabla N 6 que
contiene las caractersticas ms importantes consideradas en esta comparacin
tcnica.
TABLA N 6. Resumen de caractersticas tcnicas
Fuente: WiMAX Forum, propia (2006).
4.2.1.3 Comparacin de desempeo
El WiMAX Forum ha realizado un estudio de comparacin de desempeo19 de lastecnologas HSPA y WiMAX Mvil. Las caractersticas que se analizaron fueron, la
19 Publicado en el White Paperpreparado por WiMAX Forum, Mobile WiMAX Part II: A ComparativeAnalysis, Abril de 2006.
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capacidad por sector en bits por segundo (bps) y la eficiencia espectral en bps por
Hertz (bps/Hz).
Se trat de establecer igualdad de condiciones en las tecnologas, para hacer ms
objetiva esta comparacin. Para ello se establecieron ciertos parmetros comunes.
Para el caso de WiMAX se estableci una tasa de DL/UL de 28:9 (aproximadamente
3:1) y tambin se implement DL/UL=1. Las principales diferencias de los
parmetros de simulacin son:
HSPA trabaja en la frecuencia de 2 GHz a diferencia de WiMAX Mvil que ser
probado en 2.5 GHz. Esta diferencia le da una leve desventaja en la propagacin
a WiMAX.
HSPA opera con 2 canales FDD de 5 MHz, por otra parte WiMAX Mvil ocupa un
canal TDD de 10 MHz.
Para HSDPA, se simul una antena de transmisin y una antena doble para
recepcin (SIMO 1x2) con receptores RAKE (receptor usado para contrarrestar el
efecto multitrayectoria), para WiMAX Mvil MIMO 2x2 y SIMO 1x2.
Resumiendo, para WiMAX Mvil se tomaron los resultados con un canal de 10 MHz
TDD para: MIMO 2x2 con DL/UL=3 y con DL/UL=1, SIMO 1x2 con DL/UL=3 y
DL/UL=1
De manera de simplificar el anlisis, se incluye un resumen de los parmetros
establecidos en la tabla N 7.
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TABLA N 7. Resumen de parmetros de WiMAX y 3G
Fuente: WiMAX Forum (2006).
La primera comparacin busca establecer la capacidad de transferencia mxima de
datos por sector que tienen las tecnologas tanto para el enlace de subida como para
el enlace de bajada, grfico N 1.
Otro punto de relevancia, y quizs el ms valorado por los operadores, es la
eficiencia espectral. En vista a que se trabaja con un espectro de frecuencia limitado
y costoso es fundamental sacarle el mximo provecho. Los resultados se resumen
en la tabla N 8, el grfico N 1 y N 2.
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TABLA N 8. Resumen de desempeo de las tecnologas
Fuente: WiMAX Forum (2006).
GRAFICO N 1. Comparacin de las tasas de transferencia
Fuente: WiMAX Forum (2006).
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GRAFICO N 2. Comparacin de los bps/Hz
Fuente: WiMAX Forum (2006).
Como se muestra en el grfico N 2 WiMAX con MIMO tiene una eficiencia espectral
mucho mayor que HSDPA. Esto le da una gran ventaja por sobre la competencia,
sobretodo para los operadores que no poseen gran cantidad de espectro. Esta es
una de las ventajas ms significativas que proporciona WiMAX Mvil, y en parte es
gracias a los arreglos de antenas que usa y a las modulaciones soportadas.
4.2.2 Experiencia mundial en los costos de licencias 3G y WiMAX20
En esta seccin se revisa el estudio de costos de las bandas de frecuencia en el
mundo, llevado a cabo por Maravedis21, y establecer una comparacin del costo de
1 Hz (costo/Hz), entre las diversas tecnologas. Esta comparacin econmica, se
basa en la experiencia de otros pases con las licitaciones de las bandas de
frecuencia y el costo desembolsado por los operadores.
20 Basado en el Whi