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PROYECTO FINAL DE INGENIERA

Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX): Evolucin, principios de funcionamiento y su aplicacin prctica

Alumnos: Capisto, Carlos Mariano LU: 95180 Hidalgo, Nicols Eduardo LU: 94799 Ingeniera en Comunicaciones

Tutor: Ing. Filipich, Juan, UADE

UNIVERSIDAD ARGENTINA DE LA EMPRESA FACULTAD DE INGENIERA Y CIENCIAS EXACTAS

Presentacin Tema: Entrega 1 Revisin: Entrega 2 Revisin: Entrega 3 Revisin:

17 de Julio de 2006 14 de Noviembre de 2007 22 de Febrero de 2008 05 de Junio de 2008

- Proyecto Final de Ingeniera Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX): Evolucin y principios de funcionamientoPAG. 2 de 111

Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX): Evolucin, principios de funcionamiento y su aplicacin prctica

Contenidos: Parte I DESCRIPCIN DEL ESTADO DEL ARTE 1. Introduccin a la banda ancha inalmbrica............................................................................................5 1.1. Evolucin a la banda ancha inalmbrica ................................................................................... 7 1.1.1. Sistemas de banda angosta: Bucle de abonado inalmbrico (WLL) ........................ 9 1.1.2. Sistemas de banda ancha de primera generacin ..................................................... 10 1.1.3. Sistemas de banda ancha de segunda generacin ..................................................... 11 1.1.4. Aparicin de la tecnologa basada en estndares ..................................................... 12 1.2. WiMAX y otras tecnologas de banda ancha inalmbrica .........................................................13 1.2.1. Sistemas celulares 3G ............................................................................................... 14 1.2.2. Sistemas Wi-Fi ......................................................................................................... 15 1.2.3. WiMAX Vs 3G y Wi-FI ........................................................................................... 16 1.2.4. Otros sistemas en comparacin ................................................................................ 19

2. Visn general de WiMAX ........................................................................................................................ 20 2.1. Antecedentes sobre el estndar IEEE 802.16 y WiMAX .......................................................... 21 2.2. Caractersticas salientes de WiMAX ......................................................................................... 23 2.3. La capa fsica (PHY Layer) ....................................................................................................... 26 2.3.1. Principios de la modulacin OFDM ......................................................................... 27 2.3.2. Sub-canalizacin: OFDMA ...................................................................................... 30 2.3.3. Modulacin adaptativa y codificacin en WiMAX ..................................................31 2.4. La capa de acceso al medio (MAC Layer) ................................................................................ 33 2.4.1 Movilidad .................................................................................................................. 35 2.5. Interferencias ............................................................................................................................. 36 2.5.1. Interferencia Multicamino (Multipath) .....................................................................36 2.5.2. Interferencia Inter-simbolo (ISI) .............................................................................. 37 2.6. Mitigando la Interferncia - Sistemas de Antena - ...................................................................... 38 2.7. Arquitectura de red .................................................................................................................... 40

Alumnos: Carlos Capisto (L.U. 95180) y Nicols Hidalgo (L.U. 94799)


Parte II PLAN DE NEGOCIOS 3. Introduccin............................................................................................................................................... 43

4. Descripcin De Una Necesidad Concreta................................................................................................ 44

5. Propuesta Para la Necesidad Detectada.................................................................................................. 45 5.1. Propuesta Tcnica....................................................................................................................... 46

6. Anlisis de Diferentes Proveedores.......................................................................................................... 49 6.1. Presentacin de Proveedores...................................................................................................... 49 6.2. Cuadros comparativos................................................................................................................ 49 6.2.1. Marca: Siemens/Nokia - Producto: WayMAX..........................................................50 6.2.2. Marca: Alvarion - Producto: BrezeeMAX................................................................ 51 6.2.3. Marca: Motorota - Producto : Moto Wi4.................................................................. 52 6.2.4. Marca: Samsung - Producto : FastLeader................................................................. 53 6.2.5. Marca: Alcatel-Lucent - Producto : Evolium 9100................................................... 54 6.3. Eleccin del Proveedor............................................................................................................... 55

7. Descripcin de la Red de Acceso Inalmbrica Adoptada...................................................................... 56 7.1. Alcatel 9116 Base Station...................................................................................................... 57 7.1.1. Concepto Bsicos...................................................................................................... 58 7.1.2. Arquitectura General................................................................................................. 59 7.1.3. Interfaces................................................................................................................... 60 7.1.4. Parmetros del Sistema..............................................................................................61 7.1.5. Configuracin de Antenas......................................................................................... 62 7.1.6. Caractersticas Principales y Datos Tcnicos............................................................ 63 7.2. Alcatel 9116 WiMAX Acces Network Controller............................................................. 64 7.2.1. Arquitectura de Red y Conectividad a diferentes Redes........................................... 65 7.2.2. Arquitectura Funcional.............................................................................................. 66 7.2.3. Arquitectura del Hardware........................................................................................ 67 7.2.4. Otras Caractersticas.................................................................................................. 68 7.3. Alcatel 1353-WR OMC-R...................................................................................................... 69 7.3.1. Arquitectura Funcional.............................................................................................. 70 7.3.2. Arquitectura Fsica.................................................................................................... 71 7.4. Outdoor/Indoor/PCMCIA/Embebed CPEs.............................................................................72 7.5. ALCATEL 9600 LSY (Enlace Punto a Punto).......................................................................... 73 7.6. Estrucuras................................................................................................................................... 74



8. Anlisis Tecno-Economico del Caso de Negocio..................................................................................... 75 8.1. Mercados.................................................................................................................................... 75 8.2. Consideraciones y Premisas del Caso de Negocio..................................................................... 76 8.2.1. Datos demogrficos................................................................................................... 77 8.2.2. Servicios.................................................................................................................... 78 8.2.3. Tasa de Adopcin de Mercado.................................................................................. 79 8.2.4. Bandas de Frecuencia................................................................................................ 80 8.2.5. Escenarios Geogrficos para el Anlisis del Caso de Negocio................................. 82 8.3. Calculo de Enlace (Link Budget) .............................................................................................. 83 8.3.1. Parmetros del Link Budget ..................................................................................... 84 8.3.1.1. Potencia de Transmisin ......................................................................... 84 8.3.1.2. Prdidas por Coaxiles y Conectores ........................................................ 84 8.3.1.3. Ganancias de las Antenas ........................................................................ 85 8.3.1.4. Potencia Isotrpica Radiada Equivalente (PIRE) .................................... 85 8.3.1.5. Margen del Enlace ................................................................................... 85 8.3.1.6. Penetracin Indoor .................................................................................. 85 8.3.2. Path Loss .................................................................................................................. 86 8.3.2.1. Modelo de Propagacin ERCEG .............................................................87 8.3.3. Clculo del Link Budget ....................................................................................... 89 8.3.3.1. DOWNLINK para CPEs de INDOOOR ................................................. 89 8.3.3.2. DOWNLINK para CPEs de OUTDOOR ................................................ 92 8.3.3.3. UPLINK para CPEs de INDOOR ........................................................... 94 8.3.3.4. UPLINK para CPEs de OUTDOOR ....................................................... 96 8.4. Costo de Capital (CAPEX)......................................................................................................... 98 8.4.1. Equipamiento CPE (Customer Premise Equipment).............................................100 8.5. Costos Operativos (OPEX).......................................................................................................101 8.6. El Caso de Negocios.................................................................................................................102

9. Resumen y Conclusiones..........................................................................................................................108

10. Bibliografia..............................................................................................................................................110

11. ANEXOS..................................................................................................................................................111



Parte I DESCRIPCIN DEL ESTADO DEL ARTE

1. Introduccin a la banda ancha inalmbrica La banda ancha inalmbrica se ubica dentro de los dos temas mas relevantes en la industria de las telecomunicaciones de los ltimos aos. Tanto la tecnologa wireless, como los accesos de banda ancha, vienen gozando de una gran aceptacin masiva por parte del mercado. Los servicios celulares a nivel mundial crecieron de 11 millones de abonados en 1990 a mas de 2 mil millones en 2005 (Fuente: ITU. Telecommunications indicators update 2004. www.itu.int/ITU-D/ict/statistics/). Durante el mismo periodo, la Internet paso de ser una curiosa herramienta acadmica a tener aproximadamente mil millones de usuarios. Este asombroso crecimiento de Internet esta siendo impulsado por la demanda de servicios de acceso de mayor velocidad, lo cual trae aparejado un crecimiento en paralelo en la eleccin de la banda ancha. En menos de una dcada la suscripcin mundial a la banda ancha creci de prcticamente cero a mas de 20 millones. Antes de abordar el tema de la banda ancha inalmbrica, revisemos el estado del acceso de banda ancha actual. Tanto la tecnologa DSL (Digital Subscriber Line), la cual permite entregar ancho de banda sobre un par trenzado telefnico, como la de Cablemodem, la cual utiliza el cable coaxil de la red de la operadora de TV, son ,hoy por hoy, las tecnologas predominantes en el mercado masivo del acceso de banda ancha. Ambas tecnologas le provee a cada usuario normalmente unos pocos megabits por segundo , pero los continuos avances estn haciendo posible entregar algunas decenas de Mb/s. Desde los despliegues iniciales, a fines de la dcada del 90, estos servicios experimentaron un considerable crecimiento. Existen hoy en EEUU mas de 50 millones de abonados de banda ancha, siendo mas de la mitad, usuarios residenciales de Internet . Como se puede observar en la Figura 1, mundialmente esta cantidad es ms de 200 millones en la actualidad y se proyecta un crecimiento de mas de 400 millones para el 2010. La posibilidad de una solucin inalmbrica para la banda ancha podra acelerar en forma potencial ste crecimiento. Las aplicaciones que tambin incentivan este crecimiento pueden ser: la forma de como compartimos actualmente informacin, la bsqueda de contenido de entretenimiento, como hacer nuevos negocios, etc.

Figura 1 Crecimiento mundial de abonados de telefona celular, Internet y banda ancha entre 1990-2006



El acceso de banda ancha no solo posibilita navegar en la web y descargar archivos mas rpidamente, sino que le abre paso a muchas aplicaciones multimedia, tales como el streaming (1) de audio y video en tiempo real, conferencia multimedia, y juegos interactivos. Las conexiones de banda ancha tambin estn siendo utilizadas para telefona a travs de tecnologa voz-sobre-IP (conocido como VoIP). Sistemas de acceso de banda ancha mas avanzados, tal como la fibra-hasta-el-hogar (FTTH), o el bucle de abonado digital de alta velocidad (Very hihg data rate digital subscriber line o VDSL), permiten adems aplicaciones tales como videos de alta calidad, incluyendo Televisin de alta definicin (HDTV) y video bajo demanda (VoD). Mientras que el mercado de banda ancha continu creciendo, nuevas aplicaciones irn emergiendo por lo que no es tan fcil predecir que suceder en el futuro. Por lo tanto el concepto de banda ancha inalmbrica es simplemente brindar la experiencia de la banda ancha en un contexto inalmbrico, lo cual le ofrecer a los usuarios finales tanto conveniencia como beneficios nicos. Existen fundamentalmente dos tipos diferentes de servicios de banda ancha inalmbrica . El primer tipo intenta proveer una serie de servicios similar al de la tradicional banda ancha fija pero usando el aire como medio de transmisin. Este tipo, llamado banda ancha inalmbrica fija, se puede entender como un competidor directo del DSL o Cablemodem. El segundo tipo de banda ancha inalmbrica, llamado banda ancha mvil, ofrece adicionalmente las funcionalidades de: Portabilidad, Nomadicidad y Movilidad (2)

(1) Streaming es un trmino que se refiere a ver u or un archivo directamente en una pgina web sin necesidad de descargarlo antes al ordenador o computador. Se podra describir como hacer click y obtener. En trminos ms complejos podra decirse que describe una estrategia sobre demanda para la distribucin de contenido multimedia a travs del internet. Un claro ejemplo de esto es el caso de youtube. (2) Nomadicidad implica la posibilidad de conectarse a la red desde diferentes lugares a travs de diferentes estaciones base, Movilidad implica la posibilidad de mantener una conexin activa mientras el usuario se mueve



1.1. Evolucin a la banda ancha inalmbrica La banda ancha inalmbrica surge de la necesidad de contar con una alternativa competitiva de la tradicional banda ancha cableada. Estimulado por la des-regularizacin de la industria de las comunicaciones (tanto en la Argentina como en gran parte del mundo), como as tambin el rpido crecimiento de Internet, muchos operadores encontraron conveniente a la solucin inalmbrica como medio para invadir zonas cautivas por otros competidores. Un caso conocido es el de Telecom que quiso invadir terreno de su competidora Telefnica utilizando la tecnologa de bucle de abonado inalmbrico (WLL). En el transcurso de la ltima dcada, se desarrollaron algunos sistemas de acceso inalmbricos, principalmente debido a que muchas empresas consideraban atractiva la posibilidad de desplegar nuevas redes a un relativo bajo costo. Estos sistemas varan bsicamente en sus capacidades, protocolos, utilizacin del espectro, aplicaciones que puede soportar y otros parmetros. Algunos sistemas lograron ser implementados exitosamente pero normalmente estuvieron limitados a unos pocos mercados. Estos sistemas wireless no haban logrado trascender en forma popular debido a la fragmentacin de la industria a la hora de adoptr un estndar en comn. Con la aparicin de WiMax, como una tecnologa estndar, se espera revertir este paradigma. A continuacin realizaremos una breve revisin sobre la evolucin del acceso inalmbrico. En la Tabla 1 se pueden encontrar los hitos mas relevantes, ordenados en forma cronolgica, en relacin al desarrollo de la banda ancha inalmbrica. La tecnologa WiMax atraves por 4 etapas durante su evolucin, no necesariamente siempre bien definidas ni secuenciales: 1- Sistemas de banda angosta: bucle de acceso local va radio (WLL) 2- Sistemas de banda ancha de primera generacin 3- Sistemas de banda ancha de segunda generacin sin lnea de vista (NLOS) 4- Aparicin de la tecnologa basada en estndares



Tabla 1 Fechas importantes en el desarrollo de la banda ancha inalmbrica



1.1.1. Sistemas de banda angosta: bucle de abonado inalmbrico (WLL) La primera aplicacin para la cual se desarrollo e implemento la primera alternativa inalmbrica fue para la telefona de voz. ste sistema llamado bucle de abonado inalmbrico (en ingles: wireless local loop o WLL), fue bastante exitoso y se llego a desarrollar en muchos pases como en China, India, Brasil y Rusia entre otros; estos lugares se vieron desbordados por las necesidades de servicios de telefona bsica las cuales no se podan satisfacer utilizando la infraestructura existente. De hecho, los sistemas WLL basados en telefona inalmbrica digital mejorada (DECT) y el estndar para el acceso mltiple por divisin de cdigos (CDMA) continua desarrollndose en estos mercados. Para los mercados en donde ya exista una importante infraestructura de ultima milla, WLL necesitaba de un valor adicional para poder ser competitivo, algunos operadores vieron que la posibilidad poda ser la de ofrecer acceso a internet de alta velocidad. Por ejemplo AT&T en 1977 anuncio que haba desarrollado un acceso inalmbrico para la banda PCS (Personal comunication services) de 1900 MHz el cual poda entregar dos lneas POTS (Plain old telephone system) y un canal de datos de 128 Kbps. Esto posibilit brindar el servicio RDSI (Red Digital de Servicios Integrados) 2B+D, pero de forma inalmbrica, independizndose as de tener que contar con un par de cobre tendido hasta la casa del usuario. Este fue uno de los primeros sistemas inalmbricos implementados en fase comercial, en usar tecnologa de antenas adaptativas. Luego de pruebas de campo durante algunos aos y una breve comercializacin, AT&T discontinuo el servicio a fines del 2001 excusndose en altos costos operativos y bajas prestaciones. Durante el mismo periodo otras compaas se focalizaron nicamente en proveer acceso a Internet usando sistemas inalmbricos. Estos proveedores de Internet inalmbrica (WISP: Wireless Internet Services Provider) normalmente desarrollaban sistemas en la bandas no licenciadas de 900 MHz y 2,4 GHz. La mayora de estos sistemas requeran de la instalacin de antenas del lado cliente y con lnea de vista al nodo de acceso; las velocidades tpicas oscilaban en algunos cientos de Kbps.



1.1.2. Sistemas de banda ancha de primera generacin A medida que los sistemas DSL y cable mdem comenzaron a ser implementados, los sistemas inalmbricos tuvieron que evolucionar para soportar mayores velocidades, y as seguir siendo competitivos. Dichos sistemas empezaron a ser desarrollados para mayores frecuencias. As se desarroll un sistema de muy alta frecuencia llamado Local Multipoint Distribution Systems (LMDS), el cual soportaba algunos Mbps, y operaba en una banda de frecuencias del orden de 24GHz a 39GHz. Los servicios que utilizaban LMDS fueron pensados originalmente para ofrecerse a clientes finales como empresas y gozaron de un relativo y corto xito a finales de los 90. Finalmente su desarrollo se vio truncado debido a problemas como la necesidad de instalar antenas en los techos o azoteas, y en particular, a su corto alcance (de 100m a 35Km, dependiendo de la sensibilidad de las unidades de abonado y la calidad de servicio a ofrecer). Tambin aparecieron variantes de LMDS que operan en 3,4 - 3,5GHz, las cuales tienen la ventaja de no verse afectadas por la niebla, la lluvia o la nieve. A finales de los 90 sucedi uno de los desarrollos mas importantes de la banda ancha inalmbrica: la aparicin del Multichannel Multipoint Distrubution Services (MMDS) en la banda de 2,5GHz. La banda MMDS fue histricamente usada para proveer servicios de difusin de video, especialmente en zonas rurales donde el servicio de tv por cable no estaba disponible, el advenimiento de la televisin satelital frustr el negocio de ste servicio y los operadores estuvieron buscando una alternativa para reutilizar este espectro. Unos pocos operadores comenzaron a ofrecer servicios de acceso a Internet inalmbrico del tipo one way usando la lnea telefnica para el enlace de subida (uplink). En septiembre de 1998 la Comisin Federal de Comunicaciones de EEUU (FCC), flexibiliz las reglas con respecto a la utilizacin de las bandas MMDS para permitir servicios de comunicaciones full-duplex, a raiz de esto las industrias comenzaron a interesarse en estas bandas y fue as que algunas compaas comenzaron a desarrollar soluciones inalmbricas fijas para dichas bandas. La primera generacin de esta solucin inalmbrica fue desarrollada usando las mismas torres ya existentes para LMDS, dichas torres median mas de 60 metros de altura lo que permita una lnea de vista (LOS) a distancias de hasta 20 Km usando transmisores de alta potencia. Los sistemas MMDS de primera generacin requeran que los abonados instalaran antenas de exterior lo suficientemente altas y precisamente apuntadas para lograr una lnea de vista limpia de obstculos. Algunas empresas en EEUU (usando sistemas MMDS de primera generacin), lanzaron estos servicios de banda ancha full duplex en algunos mercados a comienzo del 2000. Pero finalmente, la necesidad de instalar una antena exterior y la existencia de lnea de vista resultaron ser un impedimento relevante en el desarrollo de sta tecnologa.



1.1.3. Sistemas de banda ancha de segunda generacin Los sistemas de banda ancha inalmbricos de segunda generacin pudieron superar el inconveniente de las torres con lnea de vista y podan brindar mayor capacidad. Esto se logro utilizando una arquitectura celular e implementando tcnicas avanzadas de procesamiento de seal. Algunas compaas en los estados unidos desarrollaron soluciones propietarias las cuales brindaban una mejor performance que los sistemas de primera generacin. Muchos de estos nuevos sistemas pudieron funcionar bien bajo condiciones NLOS, con antenas en el lado cliente normalmente montadas sobre techos bajos. Muchos resolvieron los problemas de NLOS utilizando tcnicas como la multiplexacin por divisin ortogonal de frecuencias (OFDM), acceso mltiple por divisin de cdigo (CDMA), y procesamiento multiantena. Por ejemplo la empresa Navini Networks (EE.UU.) logr por esa poca establecer un vinculo de algunos Mbps entre una estacin base y un terminal de abonado de escritorio, separadas por unos cuantos kilmetros, sin la necesidad de montar una antena de exterior en el lado cliente.



1.1.4. Aparicin de la tecnologa basada en estndares En 1998, el IEEE (siglas en ingles para Institutito de Ingenieros Elctricos y Electrnicos) form un grupo llamado 802.16 a fin de desarrollar un estndar, el cual fue bautizado como W-MAN (Wireless Metropolitan Area Network). Originalmente, este grupo se enfoco en el desarrollo de soluciones que operaban en las bandas de 10GHz a 66GHz, siendo su aplicacin principal brindar conexiones de alta velocidad a empresas que no podan obtener fibra ptica. Estos sistemas, como el LMDS, fueron concebidos para ser capaces de insertarse dentro de un anillo de fibra y as distribuir el ancho de banda a travs de configuraciones punto-multipunto con lnea de vista, tal como se muestra en la Figura 2

Figura 2 El sistema LMDS utiliza una configuracin punto-multipunto con LOS

El grupo IEEE 802.16 produjo un estndar que fue aprobado en Diciembre del 2001. Dicho estndar se llam Wireless MAN-SC, y especificaba una capa fsica que utilizaba una tcnica de modulacin de una nica portadora y una capa de acceso (capa MAC) con una estructura de multiplexacin TDM que soportaba a su vez duplexacin por divisin de frecuencia o de tiempo (FDD y TDD respectivamente). Despus de completado este estndar, el grupo comenz a trabajar en modificar y extender sus caractersticas utilizando frecuencias licenciadas y no-licenciadas en el rango de 2GHz a 11GHz, lo cual permitira desarrollos NLOS. As naci el estndar IEEE 802.16a, el cual termino de completarse en el 2003, con el agregado de OFDM como parte de la capa fsica lo cual permiti un buen desempeo en ambientes donde se presentaban fenmenos de reflexiones mltiples. Para ese entonces, la tcnica OFDM se haba establecido como un mtodo alternativo para enfrentar el problema de la reflexin mltiple y fue parte del estndar IEEE 802.11 (Wi-Fi). Adems de la utilizacin de OFDM en la capa fsica, 802.16a tambin especific opciones adicionales para la capa MAC, como por ejemplo soporte para acceso por multiplexacin ortogonal por divisin de frecuencia (OFDMA). Revisiones posteriores a 802.16a fueron hechas y completadas en 2004. Esta revisin se llam 802.16-2004 y reemplaz al 802.16, 802.16a y 802.16c con un solo estndar, el cual tambin fue adoptado por Europa como la base para HIPERMAN (Red de Area Metropolitana de Alta Perfomance). En el 2003, el grupo 802.16 comenz a trabajar en mejoras a las especificaciones que permitan aplicaciones para movilidad vehicular. Esta revisin, 802.16e, finaliz en diciembre del 2005 y fue publicada como IEEE 802.16e-2005. Con estos cambios, las especificaciones IEEE 820.16 se convirtieron en un grupo de estndares con un muy amplio alcance. A fin de ajustarse a las diversas necesidades de la industria, el estndar incorpor una gran cantidad de opciones. El IEEE desarrollo las especificaciones pero les dejo a las industrias la tarea de convertirlo en un estndar interoperable. El WiMAX FORUM fue formado para resolver este problema y promover soluciones basadas en estndares IEEE 802.16. ste foro sigui los lineamientos establecidos previamente por la Wi-Fi Aliance, el cual tuvo un notable xito promoviendo y proveyendo pruebas de interoperabilidad a los productos basados en la familia de estndares 802.11. El foro comenz con pruebas de interoperabilidad y anuncio su primer producto certificado basado en IEEE 802.16-2004 para aplicaciones fijas en Enero del 2006. Los Productos basados en IEEE 802.16e-2005 se certificaran en el 2007. Muchos de los proveedores que anteriormente desarrollaron soluciones propietarias han anunciado planes para migrar a WiMAX fijo y/o mvil. La llegada de productos certificados WiMAX es un hito notable en la historia de la banda ancha inalmbrica.Alumnos: Carlos Capisto (L.U. 95180) y Nicols Hidalgo (L.U. 94799)


1.2. WiMAX y otras tecnologas de Banda Ancha Inalmbrica WiMAX no es la nica solucin para distribuir servicios de banda ancha inalmbrica. Actualmente existen muchas soluciones propietarias para aplicaciones fijas y mviles, las cuales ya estn disponibles en el mercado. Aparte de estas soluciones propietarias, existen soluciones alternativas basadas tambin en estndares, que se solapan parcialmente con WiMAX. A continuacin realizaremos una breve sntesis de las alternativas que consideramos mas importantes, para luego compararlas con WiMAX: Sistemas Celulares de Tercera Generacin (3G) Sistemas Wi-Fi (Basados en IEEE 802.11).



1.2.1. Sistemas Celulares 3G 3G (o 3-G) es una abreviatura para la tercera generacin de telefona mvil. Los servicios asociados con 3G posibilitan la transferencia tanto de voz (una llamada telefnica), como de datos (como la descarga de programas, intercambio de correo-e, y mensajera instantnea). Los estndares en 3G utilizan CDMA (1) para compartir el espectro entre usuarios. Aunque inicialmente se especific una velocidad de 384 Kbit/s, La evolucin de la tecnologa permite ofrecer al suscriptor velocidades de descarga superiores a 3 Mbit/s. Mundialmente los operadores mviles estn upgradeando sus redes a 3G para as entregar aplicaciones de banda ancha a sus clientes. Los operadores que usan tecnologa GSM (Argentina y la C.E.) estn desplegando tecnologas UMTS (siglas en ingles para universal mobile telephone system, es decir: Sistema de Telefona Mvil Universal) y HSDPA (high speed downlink packet access : Canal de bajada de paquetes de alta velocidad) como parte de la evolucin a 3G. En cambio los operadores CDMA (como los de EEUU) estn desarrollando 1x EV-DO (1x Evolution Data Optimized) como su solucin 3G para datos de banda ancha. En China, como as tambin en gran parte de Asia, algunos operadores se enfocan en TD-SCDMA (Time Division Syncronous CDMA) como solucin 3G. Todas estas soluciones de tercera generacin proveen un throughput(2) que va desde el orden de unos cuantos Kbps a unos pocos Mbps. HSDPA es la optimizacin de la tecnologa espectral UMTS/WCDMA, incluida en las especificaciones de 3GPP(3) release 5 y consiste en un canal de enlace descendente (downlink) que mejora significativamente la capacidad mxima de transferencia de informacin, en algunos casos hasta alcanzar tasas de 14 Mbps, utilizando canales de 5MHz. Aunque para desarrollar estos picos de transferencia se precisara de una importante velocidad de procesamiento, la cual seria costosa de implementar en los terminales celulares. Por esto, la tasa de transferencia pico de esta tecnologa normalmente oscila entre 3,6Mbps y 7,2Mbps, siendo el throughput ofrecido al usuario un promedio entre 250Kbps y 1Mbps. Con mejoras, tales como el procesamiento espacial, mviles con diversidad en la recepcin, y deteccin multi-usuario, se puede lograr una mejora significativa en la performance de la tecnologa HSDPA bsica. Como hemos observado hasta ahora HSDPA es una interfaz nicamente de bajada (downlink), por lo que se tuvo que desarrollar un complemento para la subida de datos (uplink). Existe una versin de slo subida llamada HSUPA (high-speed uplink packet access), la cual soporta tasas de transferencia pico de 5,8Mbps y forma parte de las especificaciones 3GPP Versin 6. Cuando se utiliza HSDPA y HSUPA en forma conjunta nos referimos nicamente como HSPA (high-speed packet access). 1x EV-DO es un estndar de datos de alta velocidad definido como la segunda generacin en la evolucin de los sistemas IS-95 CDMA (4). Dicho estndar soporta picos de bajada de 2,4 Mbps en un canal de 1,25MHz. La experiencia ha demostrado que las tasas de transferencia promedio operan en el rango de 100Kbps y 300Kbps. La revisin A del 1x EV-DO soporta una tasa mxima de 3,1 Mbps para un usuario mvil. Se estima que una futura revisin B soportar hasta 4,9Mbps. Estas versiones tambin pueden soportar enlaces de subida (uplink) con tasas de 1,8Mbps. La revisin B tambin tiene la opcin de utilizar canales con anchos de banda mas grande (hasta 20MHz), con lo que potencialmente brindara hasta 73Mbps en el downlink y hasta 27 en el uplink. Los sistemas 3G, adems de brindar servicios de datos de alta velocidad, estn evolucionando para poder soportar servicios multimedia. Por ejemplo, 1x EV-DO RevA permite telefona de voz y video sobre IP (con calidad de servicio), como as tambin servicios de BroadCast y MultiCast (5).

0G PTT MTS IMTS AMTS IPTS

0.5G Autotel/PALM ARP

1G NMT AMPS

2G GSM cdmaOne DCS1800 PCS1900 iDEN D-AMPS PDC

2.5G GPRS

2.75G EDGE CDMA2000 1xRTT

3G UMTS W-CDMA CDMA2000 1xEV TD-SCDMA FOMA

3.5G HSDPA

3.75G HSUPA

4G

Tabla 2 Breve resea de los diferentes estndares de telefona mvil



Situacin en la Argentina: Personal, la empresa de telefona mvil del grupo Telecom Argentina ha presentado el da 14 de mayo de 2007 el primer servicio de telefona mvil 3.5G de Argentina, bajo el estndar HSDPA. Permitir, entre otras cosas, realizar videollamadas, descargar canciones o videos en pocos segundos, acceder a internet mvil a una velocidad 10 veces superior e incluso ver televisin en los celulares. Si bien el servicio actualmente est disponible en una zona delimitada dentro de Capital Federal, la empresa promete que antes de diciembre de 2007 el servicio estar disponible inicialmente en todo Capital Federal, el Gran Buenos Aires, Rosario y Crdoba, con la intencin de ir extendindolo progresivamente al resto del pas. La empresa Movistar lanz el da 13 de julio de 2007 el servicio de 3G "Banda Ancha Mvil". Movistar solo comercializa el equipo Samsung A706 como su primer telfono UMTS. El equipo UMTS que no encuentre seal de esa tecnologa, "bajar" a EDGE y luego a GPRS, para poder utilizar los servicios de datos (pero en velocidades menores). Movistar cuenta con la red de Tercera Generacin con la ms amplia cobertura del pas, cubriendo ms de 70 barrios y localidades de Capital Federal y Gran Buenos Aires. Prximamente, la red se extender al resto del AMBA (rea Metropolitana Buenos Aires) y a las ciudades de Mendoza, Crdoba y Rosario, entre otras ciudades. A lo largo del 2007, la compaa invertir 750 millones de pesos, que incluyen el despliegue de la nueva red 3G. CTI realiz tambin grandes inversiones en esta tecnologa y anunci que servicios similares estarn disponibles a la brevedad, sin dar fechas concretas.

(1) La multiplexacin por divisin de cdigo o CDMA es un trmino genrico que define una interfaz de aire inalmbrica basada en la tecnologa de espectro extendido (spread spectrum). Para telefona celular, CDMA es una tcnica de acceso mltiple la cual permite que varios usuarios compartan la misma porcin de espectro sin interferir uno en otro. (2) En transmisin de datos, throughput es la cantidad de datos transferidos con xito de un lugar a otro en un periodo de tiempo determinado. (3) 3GPP es un acuerdo de colaboracin en tecnologa de telefona mvil, que fue establecido en Diciembre de 1998. Esta cooperacin es entre ETSI (Europa), ARIB/TTC (Japn), CCSA (China), ATIS (Amrica del Norte) and TTA (Corea del Sur). El alcance del 3GPP es hacer global las aplicaciones de tercera generacin. (4) IS-95 es el primer estndar de telefona mvil celular basado en tecnologa CDMA; tambin conocido por su denominacin comercial cdmaOne. Este estndar de segunda generacin fue diseado para transmitir voz, sealizacin de llamadas y datos en forma limitada. A diferencia de las tecnologa TDMA, en la que se comparte el ancho de banda dividiendo el espectro entre los usuarios, En CDMA todas las estaciones transmiten en la misma frecuencia. La divisin entre usuarios se realiza usando cdigos ortogonales que se eliminan al ser correlacionados entre s. Las secuencias binarias se recuperan en el mvil nicamente usando el mismo cdigo que se uso en la estacin base. (5) MultiCast (en castellano Multidifusin) es el envo de la informacin en una red a mltiples destinos simultneamente, usando la estrategia ms eficiente para el envo de los mensajes sobre cada enlace de la red slo una vez y creando copias cuando los enlaces en los destinos se dividen. En comparacin con multicast, el envo a todos los nodos en una red se le denomina BroadCast (Amplia difusin).



1.2.2. Sistemas Wi-Fi Wi-Fi se basa en la familia de estndares IEEE 802.11 y es una tecnologa principalmente pensada como una extensin de una red de acceso de rea local (LAN), diseada para brindar una cobertura indoor. Los sistemas actuales de Wi-Fi, basados en IEEE 802.11a/g, soportan una tasa de transferencia mxima de 54Mbps y normalmente la distancia de cobertura no supera los 30 metros. Wi-Fi se ha convertido en el estndar preferido a la hora de elegir una forma de conexin para los ltimos metros en casas, oficinas y lugares pblicos, en lugar del tradicional cable de red UTP (Unshielded Twisted Pair). Hace unos aos, algunas municipalidades y comunas locales alrededor del mundo tomaron la iniciativa de desarrollar sistemas Wi-Fi para escenarios outdoor, brindando as acceso de banda ancha a lugares cntricos, reas metropolitanas, zonas rurales hasta reas sin servicio. Es en estos casos cuando Wi-Fi comienza a solaparse con las aplicaciones fijas y nmadas de WiMAX. Los desarrollos para rea metropolitana utilizando Wi-Fi, se basan en transmisores de alta potencia, que son instalados sobre los mstiles del alumbrado pblico o en azoteas de edificios, los cuales trabajan a la mxima potencia permitida para las bandas no-licenciadas. Aun con estos transmisores de alta potencia, estos sistemas Wi-Fi pueden brindar normalmente una cobertura que no supera los 300m desde el acces point. Ergo, estas aplicaciones de Metro-Wi-Fi precisan de una gran cantidad de access points, lo cual convierte a esta alternativa en impractica si pensamos a gran escala. No obstante, puede ser desarrollado para brindar acceso de banda ancha en puntos especficos dentro de ciudades o comunidades, los cuales son normalmente conocidos como hot-zones. Wi-Fi ofrece una tasa de transferencia superior frente a los sistemas 3G, debido principalmente a que opera sobre un gran ancho de banda (20Mhz). La ineficiencia del protocolo CSMA (carrier sense multiple access) (1) usado por Wi-Fi, junto con la interferencia existente en la banda no licenciada, son restricciones que reducen significativamente la capacidad de operar estos sistemas en escenarios outdoor. Adems cabe aclarar que los sistemas Wi-Fi no fueron diseados para soportar la movilidad a alta velocidad. Una ventaja significativa de Wi-Fi sobre WiMAX y 3G es la gran disponibilidad , el bajo costo de los equipos y que la mayora de las computadoras porttiles que se comercializan hoy en da, tienen ya incorporadas la interfase Wi-Fi. Tal como lo muestras la Figura 3, tambin estn siendo incorporados en otra clase de dispositivos como PDAs (ej.: Palms), Telfonos Celulares, Cmaras, etc; lo que hace que sea una tecnologa cada vez ms masiva.

Figura 3 PDA HP IPAQ con WiFi integrado

(1) Carrier Sense Multiple Acces (en castellano, Acceso Mltiple por Deteccin de Portadora) es escuchar el medio para saber si existe presencia de portadora en los momentos en los que se ocupa el canal. El fin es evitar colisiones, es decir que dos host transmitan "al tiempo". Por otro lado define el procedimiento que estos dos host deben seguir si llegasen a usar el mismo medio de forma simultnea.



1.2.3. WiMAX Vs 3G y Wi-FI La capacidad de transferencia en WiMAX depende del ancho de banda del canal que se est usando. A diferencia de los sistemas 3G, los cuales poseen un canal de ancho de banda fijo, WiMAX define un canal donde se puede seleccionar el ancho de banda, entre 1.25MHz y 20MHz, lo cual permite desarrollos muy flexibles. De utilizarse un canal TDD (duplexacin por divisin de tiempo) de 10MHz , asumiendo que en dicho canal se dispondr de: una relacin 3 a 1 para el downlink y uplink respectivamente y de tecnologa MIMO(1) de 2 x 2, WiMAX podra ofrecer tasas mximas de transferencia de 46Mbps de bajada y 7Mps de subida. Wi-Fi y WiMAX utilizan modulacin OFDM , lo cual les permite soportar altos picos en la tasa de trasferencia. En cambio a 3G, por utilizar CDMA, siendo que esta multiplexacin utiliza tcnicas de espectro expandido (Spread Spectrum), le es mas difcil lograr estas tasas. Ms importante que los picos en las tasas de transferencia ofrecidos sobre un enlace individual es la tasa de transferencia promedio y la capacidad global del sistema cuando nos movemos en un ambiente multicelular. Desde el punto de vista de la capacidad, el dato mas relevante que nos habla de la performance del sistema, es la eficiencia espectral. Sin llegar a demostrarlo diremos que WiMAX es el que consigue la mayor eficiencia espectral en comparacin con los otros dos sistemas; El hecho de que las especificaciones de WiMAX adopten el uso de mltiples antenas (MIMO), hablan de un importante enfoque en la eficiencia espectral. De hecho, en las actuales revisiones de sistemas 3G se estn incluyendo las especificaciones necesarias para soportar sistemas MIMO. La capa fsica OFDM, usada por WiMAX, es mas amigable para soportar MIMO que los sistemas CDMA desde el punto de vista de la complejidad requerida para una misma ganancia. OFDM tambin hace mas fcil la explotacin de conceptos tales como la diversidad de frecuencia y la diversidad multiusuario (2), a fin de mejorar aun mas la capacidad del sistema. Por lo tanto, cuando lo comparamos con 3G, WiMAX ofrece picos en las tasas de transferencia mas altos, gran flexibilidad, tasas de transferencia promedio mayores y mejor eficiencia espectral. Otra ventaja de WiMAX es la capacidad de soportar mas eficientemente enlaces simtricos (lo cual es til para aplicaciones fijas, tales como el reemplazo de tramas E1/T1), y soporta ajustes flexibles y dinmicos en cuanto a la relacin de las velocidades de subida y bajada. Tpicamente los sistemas 3G poseen una relacin en los enlaces de subida-bajada fija y asimtrica. Respecto a ciertas aplicaciones IP, tal como la voz, video y multimedia, veremos como se comparan las diferentes tecnologas en trminos de priorizacin de trafico y control de la calidad. La capa de acceso al medio de WiMAX (MAC layer), fue desarrollada para soportar una gran variedad de mezclas de trafico, incluyendo: una velocidad de transferencia (bitrate (3)) constante para tiempo-real o noreal, una velocidad de trafico, datos prioritarios, y datos del tipo Best Effort (4). Soluciones 3G tales como HSDPA y 1xEV-DO fueron tambin diseadas para una variedad de niveles de calidad de servicio (QoS). Quizs la ventaja ms importante de WiMAX puede ser potencialmente el bajo costo de implementacin debido a su arquitectura IP. Es decir, utilizando arquitectura IP simplificamos el ncleo de la red (en cambio 3G tiene un ncleo de red complejo y separa la voz de los datos) redundando as en una reduccin del CAPEX y OPEX (5). El que WiMAX sea IP nativo, tambin permite una integracin mas sencilla entre aplicaciones de terceros y logra convergencia con otras redes y aplicaciones. Ahora bien, si hablamos de movilidad a alta velocidad, los sistemas 3G fueron concebidos bajo esa premisa. En cambio WiMAX fue pensado inicialmente como un sistema fijo y las capacidades de movilidad se desarrollaron como un caracterstica anexa. Resumiendo, WiMAX se ubica entre wi-Fi y tecnologas 3G cuando la comparamos en trminos de velocidad de transferencia, cobertura, QoS, movilidad y precio. En la Tabla 3 observaremos un resumen de la comparacin entre las tecnologas WiMAX, 3G y Wi-Fi



Tabla 3 Comparacin entre WiMAX y otras tecnologas de banda ancha inalambrica

(1) MIMO es el acrnimo en ingls de Multiple-input Multiple-output (en espaol, Mltiple entrada mltiple salida) Se refiere especficamente a la forma como son manejadas la transmisin y recepcin en antenas para dispositivos inalmbricos. En el formato de transmisin inalmbrica tradicional la seal se ve afectada por reflexiones, lo que ocasiona degradacin o corrupcin de la misma y por lo tanto prdida de datos. MIMO aprovecha fenmenos fsicos como la propagacin multicamino para incrementar la tasa de transmisin y reducir la tasa de error. En breves palabras MIMO aumenta la eficiencia espectral de un sistema de comunicacin inalmbrica por medio de la utilizacin del dominio espacial. (2) Es la existencia de dos o mas usuarios en el mismo canal de frecuencia. (3) El trmino bit rate (en espaol velocidad binaria, cadencia, tasa o flujo de bits) define el nmero de bits que se transmiten por unidad de tiempo a travs de un sistema de transmisin digital o entre dos dispositivos digitales. As pues, el bit rate es la velocidad de transferencia de datos. (4) Si hablamos en terminos de Calidad de Servico (QoS), Best Effort significa que la red no da alguna garantia que los datos sean entregados o que estos se entreguen con cierta prioridad. (5) CAPEX y OPEX reflejan los Gastos de Capital y Gastos Operativos de una empresa respectivamente.Alumnos: Carlos Capisto (L.U. 95180) y Nicols Hidalgo (L.U. 94799)


1.2.4. Otros sistemas en comparacin Hasta ahora hemos limitado nuestra comparacin de WiMAX con tecnologas 3G y Wi-Fi. Existen otras dos soluciones de tecnologa basadas en estndares que podran emerger en un futuro cercano superponindose a ciertos aspectos de WiMAX, estos son: el IEEE 802.20 y el IEEE 802.22, los cuales estn siendo desarrollados. El estndar IEEE 802.20 est pensado para soluciones de banda ancha con movilidad vehicular de hasta 250 km/h. Este estndar probablemente se defina para operar en una banda por debajo de 3,5 GHz, entregando al usuario tasas de transferencia pico que superaran los 4 Mbps para el downlink y 1,2 Mbps para el uplink. En cambio, el estndar IEEE 802.22 est apuntado especficamente a brindar acceso de banda ancha a areas rurales y remotas a travs de redes inalmbricas de rea regional, llamadas WRAN (Siglas en ingles para Wireless Regional Area Networws). La meta bsica de 802.22 es definir un radio de cobertura determinado, el cual puede aprovechar canales no usados de TV que existan en reas escasamente pobladas. El operar en bandas VHF/UHF(1), brinda condiciones de propagacin favorables para grandes distancias. El esfuerzo de este desarrollo est motivado por el hecho de que la FCC(2) planea permitir el uso de este espectro sin licencia siempre y cuando se compruebe la no interferencia con el resto del espectro que est siendo usado por canales de TV, es decir, que pueda identificar y operar en esas porciones inusitadas del espectro. Dicho estndar est en las primeras etapas del desarrollo y se espera poder brindar aplicaciones fijas de banda ancha sobre reas de gran cobertura que posean baja densidad de usuarios.

(1) VHF: Siglas en ingles para Muy Alta Frecuencia definida para frecuencias entre 30 y 300 MHz . UHF: Siglas en ingles para Ultra Alta Frecuencia definida para frecuencias entre 300 y 1.000 MHz. (2) La Comisin Federal de las Comunicaciones (Federal Communications Commission, FCC) es una agencia estatal independiente de los Estados Unidos encargada de la regulacin de telecomunicaciones interestatales e internacionales por radio, televisin, redes inalmbricas, satlite y cable.



2. Visn general de WiMAX Luego de aos de desarrollo e incertidumbre, est comenzando a emerger una solucin interoperable basada en estndares, que brinda servicios de banda ancha inalmbrica. Un gran conjunto de empresas, que se integran para dar lugar a lo que hoy conocemos como WiMAX Frum, ha comenzado a certificar productos de banda ancha inalmbrica a fin de lograr interoperabilidad entre ellos, cindose a un mismo estndar. WiMAX se basa en estndares, desarrollados por el grupo IEEE 802.16 y adoptados tambin por el grupo ETSI HIPERMAN (1), que tienen como objetivo lograr una red de acceso inalmbrica para un rea metropolitana (WMAN). A continuacin nos enfocaremos en resumir las actividades del grupo IEEE 802.16 y su relacin con WiMAX. Luego discutiremos las caractersticas mas sobresalientes del estndar, como as tambin realizaremos una breve descripcin acerca de las caractersticas tanto de la capa fsica (PHY-layer), como de la capa de acceso al medio (MAC-layer). Trataremos tambin aspectos como la movilidad y describiremos algunas caractersticas de su arquitectura.

Figura 4 Logo Oficial de Organizacin WiMAX FORUM

(1) HiperMAN es un estndar creado por el Instituto Europeo de Normas de Telecomunicaciones (ETSI) dirigido principalmente para proveer DSL inalmbrica de banda ancha, cubriendo un rea geogrfica grande. Dicho estndar se ha desarrollado con una gran cooperacin del estndar 802.16 ya que pose las mismas capas fsica y MAC, del tal forma que el estndar HiperMAN y el estndar 802.16 son interoperables entre s.



2.1. Antecedentes sobre el estndar IEEE 802.16 y WiMAX El grupo IEEE 802.16 fue fundado en 1998 con el objetivo de desarrollar un estndar de banda ancha inalmbrica. Inicialmente enfocado al desarrollo de un sistema punto-multipunto con lnea de vista para operar en la banda de 10GHz a 66GHz. El estndar resultante, presentado a fines del 2001, especificaba para la Capa Fsica (PHY) una nica portadora y para la Capa de Control de Acceso al Medio (MAC), multiplexacin por divisin de tiempo (TDM). Seguidamente, el Grupo present el 802.16a, estndar que naci como enmienda al estndar original. Esta revisin, inclua aplicaciones que no requeran lnea de vista (N-LOS) y que operaban en las bandas de 2GHz a 11GHz. Dicha variante, especificaba una Capa Fsica basada en la Multiplexacin por Divisin de Frecuencias Ortogonales (OFDM) y agregaba a la capa de Control de Acceso la posibilidad de una subcanalizacin a travs del Acceso Mltiple por Divisin de Frecuencias Ortogonales (OFDMA). Para el 2004, revisiones posteriores concluyeron en un nuevo estndar llamado IEEE 802.16-2004, el cual reemplaz a todas las versiones anteriores y form las bases para la primer solucin WiMAX. Dicha solucin apuntaba a aplicaciones fijas, por lo que de aqu en mas nos referiremos a esta solo como WiMAX fijo. En diciembre del 2005, el grupo IEEE finaliz y aprob el IEEE 802.16e-2005, como una enmienda al estndar anterior del 2004, el cual dio sustento al concepto de movilidad. Este estndar form las bases para aplicaciones nmadas y mviles, por lo tanto nos referiremos siempre a l como WiMAX mvil. La Tabla 4 resume las caractersticas bsicas d diversos estndares IEEE 802.16. Notemos que estos estndares ofrecen diversas opciones de diseo. Por ejemplo, existen mltiples opciones a la hora de elegir la capa fsica (capa PHY): una basada en una nica portadora, otra basada en OFDM y una tercera basada en OFDMA. Del mismo modo ocurre con la capa de acceso (capa MAC), bandas de frecuencias de operacin, etc.



Tabla 4 Informacin Bsica sobre el estndar IEEE 802.16



2.2. Caractersticas Sobresalientes de WiMAX Capa fsica basada en OFDM: La capa fsica (PHY) de WiMAX est basada en la multiplexacin por divisin ortogonal de frecuencias, lo cual ofrece una buena resistencia a la interferencia por reflexiones mltiples (multipath), y permite a WiMAX operar en condiciones NLOS. Elevadas Tasas Mximas de Transferencia: WiMAX es capaz de soportar muy altas tasas de transferencia. De hecho, la tasa mxima a nivel capa fsica puede alcanzar los 74Mbps utilizando un ancho de banda de 20MHz . En la prctica usando un ancho de banda de 10Mhz, con duplexin del tipo TDD y relacin 3 a 1 entre downlink y uplink, se puede ofrecer una tasa de transferencia de 25Mbps y 6,7Mbps respectivamente. Estas tasas de transferencia mximas se alcanzan cuando se utiliza modulacin 64QAM. Cabe aclarar que bajo condiciones ptimas de seal y utilizando antenas mltiples con multiplexacin espacial (MIMO) se pueden lograr tasas transferencia aun mas altas. Ancho de Banda Variable: WiMAX posee una arquitectura de capa fsica variable la cual permite que la tasa de transferencia escale fcilmente en un ancho de banda dado. Esta posibilidad de escalar se debe gracias al esquema de modulacin digital OFDMA, donde el tamao de la FFT (Transformada Rpida de Fourier) puede variar dependiendo del ancho de banda del canal disponible. Por ejemplo, un sistema WiMAX puede usar 128-, 512-, o 1.048-bit para realizar la FFT dependiendo si el ancho de banda del canal es 1.25MHz, 5MHz, o 10MHz, respectivamente. Este escalamiento puede realizarse en forma dinmica para soportar usuarios de roaming que viajen a travs de diferentes redes, las cuales pueden tener asignadas diferentes anchos de banda. Modulacin y Codificacin adaptativa (AMC): WiMAX soporta diferentes esquemas de modulacin y codificacin para la correccin de errores (FEC (1) ) y permite que dicho esquema se modifique para cada usuario, o grupo de usuarios, dependiendo de las condiciones del canal. AMC es un mecanismo efectivo para maximizar la tasa de transferencia en un canal que varia con el tiempo. El algoritmo de adaptacin se inicia normalmente en el esquema mas rpido de modulacin y codificacin, luego se apoya en la relacin seal-ruido y en el coeficiente de interferencia del receptor para proporcionarle a cada usuario la velocidad mas alta que puede ser brindada en su respectivo enlace. Retransmisiones en la capa de enlace de datos: Para conexiones que requieren mejorar su fiabilidad, WiMAX puede soportar peticiones automticas de retransmisin (ARQ (2) ) en la capa de enlace de datos. Las conexiones con ARQ habilitado requieren que cada paquete transmitido sea reconocido por el receptor, los paquetes desconocidos se asumen como paquetes perdidos y son retransmitidos. Opcionalmente puede soportar una arquitectura hbrida que relaciona FEC con ARQ. Soporte de aplicaciones TDD y FDD: Los estndares 802.16-2004 y 802.16e-2005 soportan duplexin por divisin de tiempo (TDD) y duplexin por divisin de frecuencia (FDD), como as tambin FDD del tipo half-duplex; lo cual redunda en un bajo costo a la hora de la implementacin. TDD es la aplicacin mas usada en la mayora de los despliegues comerciales debido a sus ventajas: (a) flexibilidad a la hora de elegir la relacin entre las tasas de down-link y up-link, (b) capacidad de explotar la reciprocidad del canal, (c) transceptores mas sencillos.

Half-Duplex

Full-Duplex

Figura 5 Ejemplos de sistemas de comunicaciones bsicos



Acceso mltiple por divisin ortogonal de frecuencias (OFDMA): WiMAX mvil utiliza OFDM como una tcnica de acceso para mltiples usuarios, a travs de la cual los usuarios pueden ser ubicados en diferentes sub portadoras OFDM. OFDMA facilita la explotacin de la diversidad de frecuencia y la diversidad multi-usuario para mejor notablemente la capacidad del sistema (incremento de la eficiencia espectral). Asignacin de recursos Individual, Flexible y Dinmica: La asignacin del ancho de banda tanto para los enlaces de subida como para los de bajada, por cada canal, es controlada por un elemento ubicado en la Estacin Base denominado scheduler (la traduccin al castellano, de existir, seria planificador). Usando un esquema TDM, la capacidad se comparte entre mltiples usuarios en funcin de la demanda. En cambio, cuando opera en el modo OFDMA-PHY, la multiplexin se hace tambin en el dominio de la frecuencia, asignando a cada usuario diversos conjuntos de sub portadoras OFDM. Soporte para sistemas avanzados de antenas: La solucin WiMAX permite el uso de tcnicas de antenas mltiples en el transmisor y/o el receptor tal como beamforming , codificacin tiempo-espacio, y multiplexin especial. Estos esquemas pueden usarse para mejorar la capacidad global del sistema y la eficiencia espectral. Soporte de QoS (Calidad de servicio): La capa MAC de WiMAX posee una arquitectura orientada a la conexin (3) la cual fue diseada para soportar una variedad de aplicaciones, incluyendo servicios de vos y multimedia. El sistema ofrece soporte para trfico en tiempo real o no, para tasas de bits constantes o variables, y tambin para trfico del tipo best-effort. La capa MAC adems est diseada para soportar una gran cantidad de usuarios, cada uno con mltiples conexiones y cada una de esas conexiones, con sus propios requerimientos de calidad de servicio. Seguridad: WiMAX soporta la encriptacin de datos usando el estndar de cifrado AES (4). Adems posee una arquitectura de autenticacin muy flexible basada en el protocolo EAP (5), lo que permite una gran variedad de credenciales de usuario, incluyendo usuario-contrasea, certificados digitales y tarjetas inteligentes. Soporte para la movilidad: La alternativa mvil de WiMAX posee mecanismos que aseguran el handover entre celdas sin interrupciones, aunque esta fue pensada para aplicaciones mviles que toleran cierto grado de retardos, como por ejemplo VoIP. El sistema tambin incorpora mecanismos para el ahorro de energa, a fin de extender la vida de las bateras en los dispositivos porttiles (handhelds, lptops, etc). Dicha alternativa tambin contiene mejoras de la capa fsica (las cuales ayudan a soportar aplicaciones mviles), como por ejemplo, las frecuentes estimaciones sobre las condiciones del canal, la subcanalizacin del canal de subida y el control de potencia. Arquitectura basada en IP: El WiMAX Frum defini una arquitectura de red basada en una plataforma plenamente IP. Todos los servicios de punta a punta son brindados sobre una arquitectura la cual depende de protocolos IP para el transporte, QoS, gestin, seguridad y movilidad. Esta arquitectura facilita la convergencia con otras redes y explota el potencial para los desarrollos de aplicaciones ya existentes para este protocolo.



(1) FEC (Forward Error Correction) es un tipo de mecanismo de correccin de errores que permite su correccin en el receptor sin retransmisin de la informacin original. Se utiliza en sistemas sin retorno o sistemas en tiempo real donde no se puede esperar a la retransmisin para mostrar los datos. FEC reduce el nmero de transmisiones de errores, as como los requisitos de potencia de los sistemas de comunicacin e incrementa la efectividad de los mismos evitando la necesidad del reenvo de los mensajes daados durante la transmisin. (2) ARQ (Automatic Repeat-reQuest) es un protocolo utilizado para el control de errores en la transmisin de datos, garantizando la integridad de los mismos. ste suele utilizarse en sistemas que no actan en tiempo real. Esta tcnica de control de errores se basa en el reenvo de los paquetes de informacin que se detecten como errneos. (3) Orientado a la conexin: Se dice que un servicio de comunicacin entre dos entidades es orientado a conexin cuando antes de iniciar la comunicacin se verifican determinados datos (disponibilidad, alcance, etc.) entre estas entidades y se negocian unas credenciales para hacer esta conexin ms segura y eficiente. Este tipo de conexiones suponen mayor carga de trabajo a una red (y tal vez retardo) pero aportan la eficiencia y fiabilidad necesaria a las comunicaciones que la requieran. (4) Advanced Encryption Standard (AES), tambin conocido como Rijndael, es un esquema de cifrado por bloques adoptado como un estndar de cifrado por el gobierno de los Estados Unidos. Se espera que sea usado en el mundo entero y analizado exhaustivamente, como fue el caso de su predecesor, el Data Encryption Standard (DES). (5) EAP o Extensible Authentication Protocol (Protocolo de Autenticacin Extensible), es una estructura de soporte frecuentemente usada en redes inalmbricas y conexiones punto-a-punto. Aunque el protocolo EAP no est limitado a LAN inalmbricas y puede ser usado para autenticacin en redes cableadas, es ms frecuentemente usado en LAN inalmbricas. Recientemente los estndares WPA y WPA2 han adoptado cinco tipos de EAP como sus mecanismos oficiales de autenticacin.



2.3. La Capa Fsica (PHY Layer) La capa fsica de WiMAX se basa en la multiplexacin por divisin de frecuencias octogonales (OFDM). Dicha tcnica es la elegida para permitir la transmisin de datos, vdeo y comunicaciones multimedia a alta velocidad sin lnea de vista. Cabe destacar que adems de WiMAX, existe una gran variedad de otros sistemas de banda ancha comerciales, como DSL, Wi-Fi, DVB-H (1) y MediaFLO (2), que estn basados tambin en la tcnica de modulacin OFDM.

Figura 6 Ejemplo de terminales mviles que soportan DVB-H

Figura 7 Ejemplo de terminales mviles que soportan MediaFLO

(1) DVB-H (Digital Video Broadcasting Handheld) es un estndar de televisin digital. La tecnologa DVB-H constituye una plataforma de difusin IP orientada a terminales porttiles que combina la compresin de video y el sistema de transmisin de DVB-T, estndar utilizado por la TDT (Televisin Digital Terrestre). DVB-H hace compatible la recepcin de la TV terrestre en receptores porttiles alimentados con bateras. Es decir, DVB-H es una adaptacin del estndar DVB-T adaptado a las exigencias de los terminales mviles. (2) MediaFLO: Nueva tecnologa desarrollada por la empresa estadounidense Qualcomm para la transmisin de vdeo a dispositivos mviles.



2.3.1. Principios de la modulacin OFDM Las tcnicas de modulacin multi portadora se basan en la idea de dividir una secuencia de datos dentro de una cantidad significativa de portadoras equiespaciadas (llamadas sub portadoras o tonos) que transmiten a baja velocidad, y as en conjunto brindar una alta velocidad de transmisin. OFDM es una tcnica de modulacin multi portadora reconocida como un excelente mtodo aplicable a transmisiones inalmbricas bidireccionales de alta velocidad. La aparicin de est tcnica no es reciente, data de los aos 60 pero en ese momento era muy costosa su implementacin. Podemos destacar dos ventajas importantes de este tipo de modulacin, la primera es comn para todos los sistemas multi portadora y la segunda es especfica de OFDM. Cuando se transmite una seal en un ambiente con reflexiones mltiples aparece un fenmeno denominado fading, esto no es ms que una atenuacin de la seal en partes del espectro recibido dado que los mltiples caminos tienen longitudes diferentes lo que har que diferentes seales llegan desfasadas a una misma antena receptora. Cuando se produce la sumatoria de las seales recibidas, si estas estn en fase, se produce un incremento de la seal, pero si estn en cualquier otra fase se atenan entre si y aparece el fenmeno de fading. Para solucionar este fenmeno en los sistemas con una nica portadora se necesita ecualizar la seal recibida de manera tal de contrarrestar dicho efecto. Dado que el fadig no es constante sino que varia a cada momento, los sistemas para ecualizar la seal recibida son muy complejos. En cambio, cuando utilizamos un sistema multi-portadora, puede ecualizarse cada portadora individualmente y dado que los anchos de banda son ms pequeos, los ecualizadores son menos complejos, ergo, ms eficientes.

Figura 8 El rea slida indica el espectro de seal recibida para el caso de una portadora simple o mltiple en un ambiente NLOS con reflexiones mltiples. La lnea de puntos indica el espectro de la seal transmitida.

La ventaja mas importante de OFDM es la reduccin significativa del ancho de banda total de transmisin. A continuacin explicaremos el funcionamiento de esta tcnica de modulacin, para esto vamos a dividir la explicacin en tres partes: 1) Inicialmente podemos ver al sistema como una simple multiplexacin por divisin de frecuencias (FDM), donde diferentes portadoras ubicada de forma contigua en una porcin dada del espectro, transportan diferente informacin (tal como se ve en la Figura 9 en el caso de portadoras mltiples). Hasta este momento no existe ninguna reduccin en el ancho de banda total del sistema.



Figura 9 Esquema FDM para 9 Sub Portadoras

2) A continuacin nos propondremos ir acercando las portadoras entre si, de esta manera en una primer momento se eliminaran las bandas de guarda y seguidamente las seales comenzarn a solaparse. As lograremos una disminucin del ancho de banda, pero por otro lado, las seales solapadas se interferirn entre si.

Figura 10 Esquema FDM para 9 Sub Portadoras sin salvaguarda

3) Ahora bien, tomando como premisa que cada portadora es un TONO (es decir, una nica frecuencia), podemos seguir acercndolas de forma tal de alinear los CEROS del tono con los picos de las portadoras vecinas, as lograremos convertir a dichos tonos en ORTOGONALES. De esta forma llegamos a la tcnica OFDM, en espaol, Multiplexacin por divisin de frecuencias Ortogonales

Figura 11 Esquema OFDM

Es muy importante tener en cuenta que las portadores deben ser un TONO por lo tanto cuando tenemos que modularlo para enviar la informacin no podemos hacerlo en funcin de la frecuencia. Por eso cada portadora en WiMAX puede ser modulada en BPSK, QPSK, 16QAM o 64QAM dependiendo la relacin seal-ruido presente en el canal.



A continuacin se muestra un esquema de transmisin OFDM

Figura 12 Esquema de transmisor y receptor OFDM

En este esquema encontramos que adems de los moduladores y demoduladores, se necesitan dos elementos importantes: 1) Los conversores S/P o P/S, que se encargan de convertir la informacin de serie a paralelo y de parelelo a serie respectivamente. 2) El bloque IDFT , el cual se encarga de convertir la seal que hasta el momento se estaba procesando en dominio de la frecuencia al dominio del tiempo por medio de la Transformada Discreta de Fourier Inversa, para luego ser transmitida. En el receptor luego se realiza la DFT a la seal para llevarla nuevamente al dominio de la frecuencia.



2.3.2. Sub canalizacin: OFDMA Las sub portadoras disponibles pueden ser divididas en varios grupos de sub portadoras llamadas subcanales. La versin Fija de WiMAX, basada en modulacin OFDM, permite un tipo limitado de subcanalizacin para el enlace de subida (uplink). El estndar define 16 subcanales, donde se pueden asignar 1, 2, 4, 8 o todos el grupo a un solo abonado SS (Subscriber Station), para el enlace de subida. La subcanalizacin en el uplink, en WiMAX fijo, permite a los SS transmitir usando solo una fraccin (no menor a 1/16) del ancho de banda asignado por la estacin base BS(Base Station), lo cual mejora el rendimiento del alcance y/o la vida de la batera de los SS. Sin embargo la versin Mvil de WiMAX, basada en modulacin OFDMA, permite subcanalizacin tanto en el enlace de subida como en el de bajada, y as, los subcanales conforman el mnimo ancho de banda que la estacin base puede asignar. Por lo tanto, se pueden asignar diferentes subcanales a diferentes usuarios como un mecanismo de acceso mltiple. A esta clase de multiacceso se le llama acceso mltiple por divisin ortogonal de frecuencia (OFDMA).

Figura 13 OFDMA en el dominio de la frecuencia



2.3.3. Modulacin adaptativa y codificacin en WiMAX WiMAX soporta varios tipos de modulaciones y codificaciones, las cuales pueden modificarse dinmicamente para cada enlace, dependiendo de las condiciones del canal. Usando un indicador de calidad de canal, el mvil puede proveer a la estacin base informacin (feedback) sobre la calidad del canal de bajada. Para el caso del uplink, la estacin base puede estimar la calidad del canal sencillamente basndose en la calidad de la seal recibida. El scheduler (1) de la estacin base puede tener en cuenta la calidad del canal de subida o bajada para cada usuario y asignar as el esquema de modulacin y codificacin que maximice el throughput en funcin de la relacin seal-ruido existente. La modulacin y codificacin adaptativa puede aumentar sensiblemente la capacidad global del sistema, como as tambin permite compensar, en tiempo real y para cada enlace, throughput por robustez. La clave del la familia de estndares 802.16 radica en las tcnicas de modulacin adaptativas que utilizan, principalmente QAM (Modulacin de amplitud en cuadratura). sta tcnica consiste en modular digitalmente en amplitud (ASK) ,de forma independiente, dos portadoras que tienen la misma frecuencia pero que estn desfasadas entre si 90 (PSK). Una modulacin QAM se puede reducir a la modulacin simultanea de amplitud ASK y fase PSK, de una nica portadora. Matemticamente se puede expresar esto como: QAM S(t) = an.cos(.t) + bn.sen(.t). Las modulaciones son automticamente adaptadas en funcin de la distancia y condiciones del canal, siendo utilizadas tcnicas QAM para el corto alcance y PSK para mayores distancias. Dado que 64QAM brinda la mayor densidad de informacin por smbolo (lo cual se traduce como mayor throughput) y BPSK da la mayor robustez (menor thrughput).

BPSK

QPSK

16-QAM

Figura 14 Diagrama de constelaciones de algunas modulaciones digitales soportada por WiMAX.

Los protocolos de WiMAX son altamente adaptativos, y permiten que la estacin base ajuste sus parmetros de operacin y niveles de potencia con el fin de brindar un ptimo nivel de seal al terminal de abonado (CPE - Customer Premises Equipment).

Figura 15 La modulacin adaptativa permite compensar velocidad de transmisin por robustez, dependiendo de la distancia y condiciones del canal.Alumnos: Carlos Capisto (L.U. 95180) y Nicols Hidalgo (L.U. 94799)


La Tabla 5 detalla los distintos tipos de modulacin y codificacin soportado por WiMAX. Para el enlace de bajada de WiMAX Fijo, son obligatorias las modulaciones BPSK, QPSK, 16 QAM, y 64 QAM. En el caso del downlink de WiMAX Mvil, BPSK es opcional. Para el enlace de subida, tanto para la versin Fija como Mvil, 64 QAM es opcional. En cuanto a la codificacin establecida por el estndar, podemos decir que es obligatorio que la codificacin FEC (Forward Error Correction) use cdigos convolucionales (2). En el downlink estos cdigos convolucionales pueden ser combinados con cdigos externos Reed-Solomon (3).

Tabla 5 Codificacin y Modulacin soportado en WiMAX

(1) Recordemos lo visto en la seccin 2.2, El SCHEDULER es un elemento ubicado en la Base Statin, cuya funcin es la de controlar la asignacin de ancho de banda tanto para los enlaces de subida como para los de bajada, por cada canal. (2) Cdigos convolucionales: Es uno de los principales tipos de codificacin usado por el mecanismo de correccin de error FEC. Los bits se van codificando tal y como van llegando al codificador. Cabe destacar que la codificacin de uno de los bits est enormemente influenciada por la de sus predecesores. La decodificacin para este tipo de cdigo es compleja ya que en principio, es necesaria una gran cantidad de memoria para estimar la secuencia de datos ms probable para los bits recibidos. En la actualidad se utiliza para descodificar este tipo de cdigos el algoritmo de Viterbi, por su gran eficiencia en el consumo de recursos. (3) Reed-Solomon es un cdigo cclico no binario, los cuales son una subclase de los cdigos de bloque estndar de deteccin y correccin de errores que protege la informacin contra errores en los datos transmitidos sobre un canal de comunicaciones. Este tipo de cdigo pertenece a la categora FEC (Forward Error Correction), es decir, corrige los datos alterados en el receptor y para ello utiliza unos bits adicionales que permiten esta recuperacin a posteriori. El cdigo fue inventado por Irving S. Reed y Gustave Solomon (de ah su nombre) en el ao 1960. Este cdigo encuentra actualmente aplicacin en reas como los CDs, telefona mvil, sistemas xDSL, etc.



2.4. La Capa de Acceso al Medio (MAC Layer) Cuando hablamos de la capa MAC, o Media Access Control Layer, nos referimos a la capa que se encuentra inmediatamente por arriba de la capa fsica, la cual es el medio fsico real para la convergencia de datos. La capa de acceso, tal como lo sugiere su nombre, determina tanto el modo en que los abonados accedern a la red, como la forma en que los recursos de la red se asignarn a estos. La capa MAC que se describe en la recomendacin 802.16 fue pensada inicialmente para soportar arquitecturas de red punto-multipunto, sin embargo tambin puede soportar arquitecturas punto-a-punto y punto-a-puntos consecutivos. El estndar 802.16 ha sido optimizado para el trafico IP (Internet Protocol), siendo que los servicios basados en este protocolo representan actualmente la mejor estrategia para la mayora de los operadores; sin embargo, tambin soporta el legado de los servicios orientados a la conexin (1) tal como T1/E1 (2) y ATM (3). En general, los viejos servicios orientados a la conexin representan un uso ineficiente del ancho de banda, consideracin importantsima en cualquier sistema inalmbrico, donde el ancho de banda es verdaderamente valioso. La principal tarea de la capa MAC es proporcionar una interfaz entre las capas mas altas de transporte y la capa fsica. La capa MAC toma paquetes denominados MAC Service Data Units MSDUs de la capa superior y los organiza en otros paquetes llamados MAC Protocol Data Units MPDUs para luego transmitirlos de forma inalmbrica. Para las transmisiones recibidas, la capa del MAC hace el camino inverso. El diseo de la capa MAC, segn el IEEE 802.16-2004 y el IEEE 802.16e-2005, incluye a la subcapa de convergencia la cual puede interconectarse con varios protocolos de las capas mas altas, por ejemplo ATM, TDM (voz), Ethernet, IP, y cualquier protocolo que se use en un futuro. Dado el predominio actual en la industria protagonizado por IP y Ethernet, el WiMAX frum ha decidido dar solamente soporte a esos protocolos, por el momento. Adems de proporcionar el mapeo desde y hacia las capas ms altas, las subcapa de convergencia puede suprimir los encabezados del MSDU para reducir los el tamao de los headers de cada paquete de datos. La capa MAC de WiMAX utiliza MPDUs de longitud variable, por lo que de esta manera ofrece flexibilidad y permite que la transmisin sea mas eficiente. Los MPDUs son prefijado con un encabezado genrico, denominado GMH, el cual contiene la identificacin de la conexin, la longitud del paquete, bits para indicar la presencia de CRC, subencabezados, bits que indican si la carga til est cifrada, y si es as, cual es la clave. La Carga til de la capa MAC puede ser un mensaje tanto de transporte como de gestin. Adems de MSDUs, la carga til del transporte puede contener peticiones de ancho de banda o peticiones de retransmisin.



Figura 16 Esquema de la subcapa MAC

(1) Una transmisin que utiliza estndares orientados a la conexin es aquella en donde se reserva un ancho de banda especifico y se deja disponible a un nico usuario de forma exclusiva mientras dure la transmisin; en otras palabras, el usuario ocupa un canal individual. (2) E1/T1 son estndares orientados a la conexin los cuales son el resultado de la multiplexacin (agregacin) de las tpicas seales digitales de 64kbps que podemos encontrar en cualquier par de cobre. El T1 (estndar americano) multiplexa la informacin proveniente de 24 pares telefnicos, mientras que E1 (estndar Europeo) multiplexa 30 canales. El T1 se enva sobre una red ptica sincrnica denominada SONET (Synchronous Optical Network), mientras que E1 se enva sobre una red digital de jerarqua sincrnica denominada SDH (Synchronous Digital Hierarchy). (3) ATM es un protocolo predominantemente de capa 2 (la capa de enlace de datos) desarrollado en la dcada del 60 por los laboratorios BELL. ste pretenda proveer una plataforma comn para voz, datos y multimedia, que pudiera aventajar la eficiencia de las redes tradicionales orientadas a la conexin, al mismo tiempo que permitan reservar ancho de banda y adoptaban mecanismos para lograr calidad de servicio (QoS), a travs del establecimiento de circuitos virtuales (cuasi-circuitos). ATM encontr su lugar en el centro de las redes de larga distancia, particularmente en las redes MAN en donde es comnmente usado para el transporte de FRAME RELAY (Tcnica de comunicacin para brindar servicios de transmisin de voz y datos a alta velocidad), y tambin para la multiplexacin de trfico DSL



2.4.1. Mobilidad WiMAX adems de brindar banda ancha para el acceso fijo, prev cuatro escenarios relacionados con la movilidad: 1. Nmada. En este escenario el usuario puede desconectar su unidad fija, trasladarla a otro sitio que puede o no estar bajo la misma cobertura (de la estacin base que le corresponda), y reconectarse desde una nueva ubicacin. 2. Portable. Aqu el acceso nmada se le proporciona a un dispositivo porttil, que puede ser una notebook con una tarjeta WiMAX, u otro tipo de dispositivo del tipo porttil. 3. Movilidad simple. Este escenario incorpora el handoff entre estaciones base y el suscriptor puede moverse a una velocidad menor a 60Km/h con breves interrupciones (menos de 1 segundo). 4. Movilidad completa. En este ltimo escenario el handoff es mucho mas rpido y el usuario puede desplazarse a velocidades de hasta 120Km/h con interrupciones casi imperceptibles ya que no superan los 50 milisegundos y garantiza adems una perdida de paquetes menor al 1%.

Figura 17 Soluciones de acceso en funcin de las nomadicidad, portabilidad y movilidad



2.5. Interferencias Desplegar una red inalmbrica en comparacin a instalar una red Ethernet cableada puede resultar un hecho bastante mas complejo. Dentro de este punto intentaremos describir los desafos de ingeniera que deberemos afrontar para lograr la instalacin de una red inalmbrica, particularmente en lo referente a las limitaciones del alcance.

2.5.1. Interferencia Multi-camino (Multipath) Uno de los mayores problemas que afecta a las redes de radio es el desvanecimiento producido por el fenmeno de multi-camino (multipath fading). Las ondas son sumadas por superposicin. Cuando mltiples ondas convergen en un punto, la onda resultante es simplemente la suma de cada una de ellas. Cuando dos ondas son casi opuestas entre si, el resultado neto es casi cero. Desafortunadamente, en las redes inalmbricas este resultado es mas comn de lo que uno podra desear. Con antenas omnidireccionales la energa de RF es irradiada en todas las direcciones. Las ondas se esparcen al exterior desde la antena transmisora en toda direccin y son reflejadas por las superficies en el rea de propagacin. La Figura 18 muestra un ejemplo muy simplificado de dos estaciones en un rea rectangular con ninguna obstruccin.

Figure 18 Mltiples caminos de ondas en un campo sin obstrucciones

La Figura 18 muestra 3 caminos desde el transmisor al receptor. La onda en el receptor es la suma de todas las diferentes componentes. Es ciertamente posible que los caminos mostrados en la figura se combinen entre todos para formar una onda resultante cero, en cuyo caso el receptor no comprender la transmisin ya que no hay seal que recibir. Debido a que la transmisin es una copia demorada de la misma transmisin sobre un camino diferente, el fenmeno es llamado desvanecimiento por multi-camino (multipath fading) o interferencia multi-camino (multipath interference). En muchos casos, la interferencia multi-camino puede resolverse cambiando la orientacin o posicin del receptor.



2.5.2. Interferencia Inter-simbolo (ISI) El ISI es un caso especial del desvanecimiento por multi-camino. Las ondas que tomen diferentes caminos desde el transmisor al receptor viajaran diferentes distancias y estarn retrasadas entre s, tal como lo muestra la Figura 19. Una vez mas, las dos ondas se combinan por superposicin, pero el efecto es que el total de la onda resultante es confusa. En la realidad, los frentes de onda provenientes de mltiples caminos pueden ser sumados. El tiempo entre el arribo del primer frente de onda y el ultimo eco, producido por el multicamino, se llama retardo de propagacin (delay spread). Grandes retardos de propagacin requieren mecanismo de codificacin mas conservadores. La redes 802.11b pueden manejar retardos de propagacin de hasta 500 ns, pero obviamente la performance aumenta en la medida que se reduce este retardo. Cuando el retardo de propagacin es grande, muchas tarjetas reducirn la tasa de transmisin; muchos proveedores sealan que con un retardo de propagacin de 65 ns se puede lograr una de velocidad de 11 Mbps a una tasa error razonable. Existen herramientas de anlisis para redes LAN inalmbricas que pueden medir directamente el retardo de propagacin.

Figure 19 ISI



2.6. Mitigando la Interferencia - Sistemas de Antena El estndar de WiMAX posibilita la implementacin de soluciones multi-antena con el fin de mejorar el rendimiento del sistema. A travs de la utilizacin de sistemas avanzados de antena (AAS), se logra aumentar sensiblemente la capacidad global y la eficiencia espectral del sistema. AAS contiene una gran variedad de soluciones multi-antena, como por ejemplo: diversidad de transmisin, beamforming, y multiplexacin espacial. Diversidad de transmisin: WiMAX especifica varios esquemas de codificacin en bloque espaciotiempo que pueden ser usados para brindar diversidad de transmisin en el downlink. Cuando nos referimos a diversidad de transmisin hablamos siempre de dos o mas antenas transmisoras y dos o mas antenas receptoras.

Figura 20 Esquema de un sistema de diversidad de transmisin simple

Beamforming: Este tipo de sistema de antenas consiste en transmitir la misma seal en todas las antenas, pero la clave radica en ponderar y/o desfasar apropiadamente dicha seal en cada elemento de forma tal que el efecto resultante sea la modificacin del lbulo de radiacin para lograr un enfoque preciso del haz. De esta forma se logra confinar la energa para lograr un haz en direccin al receptor y lejos de la interferencia, a fin de maximizar la relacin seal ruido. La tcnica de Beamforming proporciona una mejora significativa en el rango de cobertura, capacidad y confiabilidad del sistema. Para realizar una transmisin Beamforming, el transmisor necesita tener un conocimiento exacto de las condiciones del canal. En el caso de utilizar duplexin en el dominio del tiempo (TDD) dicha i