universidad mayor facultad de ingenieria wimax banda ancha movil

7/28/2019 Universidad Mayor Facultad de Ingenieria Wimax Banda Ancha Movil

1/156

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


2/156

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


3/156

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.


4/156

DEDICATORIA

Dedicado a mis padres, Armando y Carmen por su infinita paciencia e incondicional

apoyo.


5/156

i

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


6/156

ii

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


7/156

iii

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


8/156

iv

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


9/156

v

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


10/156

vi

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


11/156

vii

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.


12/156

viii

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.


13/156

1

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.


14/156

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


15/156

3

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.


16/156

4

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,


17/156

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.


18/156

6

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


19/156

7

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


20/156

8

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).


21/156

9

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


22/156

10

(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).


23/156

11

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).


24/156

12

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.


25/156

13

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.


26/156

14

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.


27/156

15

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


28/156

16

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.


29/156

17

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.


30/156

18

FIGURA N 2. Arquitectura de red WiMAX


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.


31/156

19

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.


32/156

20

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.


33/156

21

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


34/156

22

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


35/156

23

familia CDMA2000 tiene su versin 3G en sus evoluciones CDMA2000 1xEVDO y

CDMA2000 1xEVDV.

FIGURA N 4. Roadmapde las tecnologas 3G


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


36/156

24

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.


37/156

25

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


38/156

26

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.


39/156

27

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


40/156

28

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.


41/156

29

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.


42/156

30

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


43/156

31

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.


44/156

32

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.


45/156

33

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.


46/156

34

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.


47/156

35

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:


48/156

36

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


49/156

37

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).


50/156

38

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.


51/156

39

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.


52/156

40

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.


53/156

41

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.


54/156

42

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.


55/156

43

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).


56/156

44

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).


57/156

45

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.


58/156

46

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.


59/156

47

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.


60/156

48

TABLA N 7. Resumen de parmetros de WiMAX y 3G


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.


61/156

49

TABLA N 8. Resumen de desempeo de las tecnologas


GRAFICO N 1. Comparacin de las tasas de transferencia



62/156

50

GRAFICO N 2. Comparacin de los bps/Hz


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

universidad mayor facultad de ingenieria wimax banda ancha movil

Documents