Artículo - Osiptel

Febrero 2007
Sub-Gerencia de Investigación – Área Tecnológica
Gerencia de Políticas Regulatorias – OSIPTEL
Sétimo Boletín Tecnológico
Presentación
En la actualidad, la industria viene poniendo a disposición de las empresas
operadoras nuevas alternativas tecnológicas que les permiten llegar a los
consumidores finales estén donde estén. Esto es posible debido al desarrollo
de las tecnologías inalámbricas para el acceso, utilizando bandas de
frecuencias que permiten cubrir mayores áreas geográficas para la provisión de
nuevos servicios. Una de ellas es la utilización de la banda de 900Mhz para el
despliegue de UMTS (siglas en inglés de Sistema Universal de
Telecomunicaciones Móviles).
En este artículo se presenta una breve descripción de UMTS en esta banda y
las prestaciones de red para una cobertura eficiente.
UMTS EN LA BANDA DE 900 MHZ – UMTS900
(Escrito por Raúl Espinoza)
Una vez alcanzada la tecnología de Tercera Generación (3G) 1 y en pleno proceso de
despliegue, el siguiente paso es buscar soluciones que permitan proveer esta tecnología
en zonas rurales. Estas soluciones deben tener en cuenta la minimización de los costos
puesto que el mercado de Telecomunicaciones en zonas rurales es menos desarrollado
y la población posee un menor poder adquisitivo comparado con las grandes urbes.
El presente artículo busca presentar una posible opción para proveer servicios de
Tercera Generación utilizando la tecnología UMTS (Sistema Universal de
Telecomunicaciones Móviles) en la banda de 900 MHz, hasta el momento utilizada por la
tecnología GSM (Sistema Global para Comunicaciones Móviles).
Introducción
UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) determinó sus objetivos a finales de los
años ochenta. En ese momento, buscaba ofrecer un amplio rango de facilidades sin fronteras
para usuarios móviles (hasta 2 Mbits por segundo), lo cual resultó ser un proyecto bastante
ambicioso. Hoy en día, UMTS se implementa mayormente en la banda de 2100 MHz y el reto
es buscar la manera de hacer llegar esta tecnología de Tercera Generación (3G) hacía zonas
rurales.
La banda de 900 MHz es ampliamente utilizada por la tecnología GSM 2 en Europa y en otras
partes del mundo. El desarrollo del sistema UMTS 3 en la banda de 900 MHz no significa un
reemplazo del sistema GSM. El principal interés para desarrollar UMTS en la banda de 900
MHz se debe a que permite un mayor alcance que los logrados con el sistema UMTS en la
banda de 2100 MHz, lo cual es beneficioso para las zonas rurales de baja densidad poblacional
donde se requiere una mayor cobertura. Además, UMTS900 ofrece mayor eficiencia en los
costos para el despliegue de redes móviles y permite a los operadores ofrecer servicios 3G.
Especificaciones UMTS900
La banda de 900 MHz
Originalmente la tecnología GSM se lanzó en la siguiente banda:
Uplink: 890 MHz – 915 MHz (comunicación terminal móvil a la estación base)
Downlink : 935 MHz – 960 MHz (comunicación estación base con el terminal móvil)
Posteriormente se modifica la banda GSM900 quedando finalmente los siguientes límites:
Uplink: 880 MHz – 915 MHz (comunicación terminal móvil con la estación base)
Downlink : 925 MHz – 960 MHz (comunicación estación base con el terminal móvil)
1
3G: Hace referencia a servicios de tercera generación, en los cuales se puede enviar voz, datos y video a mucha
mayor velocidad que las anteriores tecnologías.
2
GSM: (Global System for Mobile communications) Es un estándar mundial de comunicaciones móviles.
3
UMTS: (Universal Mobile Telecommunications System). Estándar que permite brindar servicios de transporte de voz,
data y video para comunicaciones móviles; provee servicios de tercera generación.
Características UMTS900
UMTS900 fue especificado por 3GPP en el release 7 [1, 2]. Algunas de las características del
sistema UMTS900 están resumidas en la siguiente tabla.
Tabla 1: UMTS900 – Características del sistema
UMTS900
Banda Downlink (MHz)
925 – 960
Banda Uplink (MHz)
Separación entre portadoras (MHz)
880 – 915
5
Potencia de Transmisión (Máxima) (dBm)
Ganancia de Antena (dBi)
Pérdidas en la alimentación (dB)
Altura de antena (m)
Inclinación inferior (down-tilt) de Antena
(°)
ACLR 4
(±5MHz) (dB)
ACLR
(±10 MHz) (dB)
Ancho de banda del receptor (MHz)
Ruido en el receptor (dB)
Nivel de Temperatura de Ruido del
Receptor (dBm)
4
BS (Estación Base)
UE (Equipo Terminal)
43
21
18 (rural)
15 (urbana)
3
0
45 (Rural)
30 (Urbana)
3 (Urbana)
1.5
45
33
50
43
3.84
3.84
5
12
−103
-96
0
-
ACLR, Relación de potencia en el canal adyacente, expresado como la relación entre potencia transmitida y la
potencia medida en el canal adyacente, determinan las características de emisión fuera de banda del transmisor.
Ventajas de UMTS900
La utilización de la banda de 900 MHz por UMTS presenta los siguientes beneficios:
Beneficios:
o
Menores pérdidas por propagación comparada con la banda de 2 GHz, pues el uso de
frecuencias más elevadas trae consigo mayores pérdidas de propagación.
o
Aumenta la cobertura en zonas rurales, esto conllevaría a una mejora económica por la
menor cantidad de inversión, lo que se trasluciría en menores tarifas a los usuarios.
Como podemos apreciar en la gráfica que a continuación nos presenta el UMTS forum 5 ,
cuanto mayor es la frecuencia de nuestro sistema UMTS menor será la cobertura que éste
nos ofrezca. También cabe anotar que cuanto menor sea la frecuencia de operación de
nuestro sistema UMTS existe el inconveniente de necesitar equipos terminales más
grandes.
o
5
Reducción en un 60% la cantidad de emplazamientos (sites) para cubrir la misma área
que en la banda de 2 GHz.
http://www.umts-forum.org/servlet/dycon/ztumts/umts/Live/en/umts/Home
o
El despliegue de UMTS tiene la ventaja de aprovechar la infraestructura instalada de
GSM900.
UMTS900 puede ser desplegado reutilizando los emplazamientos (sites) de GSM900,
consiguiendo beneficios tales como:
Reutilización de las antenas y alimentadores existentes.
Reutilización del espacio físico de las estaciones base de GSM.
Sólo se requiere reemplazar el gabinete de la estación base ó colocar estaciones base
GSM/UMTS.
o
Los precios de los terminales WCDMA 6 están disminuyendo y continuarán
disminuyendo conforme aumente el volumen de producción, caso similar a lo ocurrido
con los terminales GSM, que gozan de precios reducidos debido a la economía de
escala imperante para estos terminales.
Se estima 7 que el mercado global para WCDMA chipset cerrará 130 millones de
unidades para el 2008. Al parecer UMTS seguirá el mismo camino que tuvo GSM, al
conseguir gracias a la economía de escala de sus terminales, abaratar costos y cubrir
gran parte del mercado.
Desarrollo de UMTS900 en el mundo
Para Europa la banda de 900 MHz [880-915 MHz / 925-960 MHz] se encuentra utilizada por
GSM. La CEPT-ECC (Electronic Communications Committee), entidad europea, tiene planeado
aprobar y publicar para finales del 2006 los rangos de la banda UMTS900. La decisión de la
ECC una vez aprobados los estudios serán publicados en la pagina del ERO (European
Radiocommunications Office 8,).
Dentro del grupo Europeo tenemos el caso de Finlandia, en el cual el gobierno permitió a los
operadores móviles el desarrollo de los servicios en la banda UMTS900 en Junio del 2006.
Asimismo, en Francia se está considerando permitir el despliegue de UMTS900 por parte de
los operadores en el 2007. Para el resto de países europeos, los reguladores facilitarán el
despliegue de UMTS900 en los próximos meses.
Otro ejemplo de implantación de UMTS900 es el caso americano, en Estados Unidos se le
denomina UMTS850, y posee algunas variaciones en los rangos de la banda a diferencia de lo
que se propone en Europa. La propuesta americana, aún no está aprobada, pero lo que se
propone respecto a los límites de sus bandas serían.
Banda UMTS850 Mhz
824 – 849 MHz: Up-link
869 – 894 MHz: Down-link
En Estados Unidos en lo que respecta a equipos y dispositivos de red UMTS850 éstos ya se
encuentran en el mercado, solo a espera de que se de carta abierta para la implementación de
la red, para el 2007 se espera que la FCC (Federal Communications Commission) apruebe el
uso de estas redes y seguidamente los operadores brinden servicios en redes UMTS850.
6
WCDMA es el acrónimo de Wideband-Code Division Multiple Access (en español Acceso múltiple de banda ancha
por división de código) Constituye una tecnología móvil inalámbrica de tercera generación que aumenta las tasas de
transmisión de datos de los sistemas. WCDMA es lo que utiliza UMTS.
7
Recogido de la revista “Ericsson REVIEW”, journal 2-2006 en el artículo “Rural WCDMA-Aiming for nationwide
coverage with one network, one technology and one service offering” Paginas 79-85.
8
http:// www.ero.dk/
Como dato adicional la empresa Cingular Wireless conjuntamente con Lucent Technologies
tienen desplegados desde inicios del 2005 una red UMTS-HSPDA (High Speed Downlink
Packet Access) en versión de prueba en Atlanta.
Escenarios de desarrollo de UMTS
Particularmente el desarrollo de UMTS en la banda de 900 MHz está orientado a proveer
servicios 3G en zonas rurales a mucho menor costo comparado con el desarrollo UMTS en la
banda de 2.1 GHz.
Considerando este nuevo desarrollo de UMTS, los posibles escenarios de convivencia que se
generarían serían los siguientes:
-
Localización conjunta de GSM y UMTS (co-localización GSM-UMTS en las
estaciones base)
Localización no coordinada entre GSM y UMTS.
En referencia a la existencia de redes GSM900, es razonable asumir que los rangos
representativos de las macroceldas son respectivamente: i) 577 metros. en área urbana, ii)
2400 metros. en área sub-urbana, iii) 5000 metros en área rural.
Gracias a las mejores condiciones de propagación que se presenta en la banda de 900 MHz en
comparación con la banda de 2 GHz, se puede mejorar la cobertura en el interior y ofrecer
mayor penetración de la señal. Considerando que en muchas ciudades europeas la tecnología
GSM900 ha sido desplegada como macroceldas y en los interiores como microceldas y
picoceldas, el estudio de la coexistencia de UMTS900 y GSM900 en áreas urbanas, deberá
considerar la existencia de microceldas y picoceldas GSM900. Con estas indicaciones se
presentan seis posibles escenarios ha tomarse en cuenta en el despliegue de UMTS900:
Escenario _1: UMTS(macro)-GSM(macro) en Zona Urbana con rango de 577 m en operación no
coordinada 9 .
Escenario_2: UMTS(macro)-GSM(macro) en Zona Rural con rango de 5000 m en operación no
coordinada.
Escenario_3: UMTS(macro)-GSM(macro) en Zona Rural con rango de 5000 m en operación
coordinada 10 .
Escenario_4: UMTS(macro)-UMTS(macro) en Zona Rural con rango de 5000 m en operación no
coordinada.
Escenario_5: UMTS(macro)-GSM(micro) en Zona Urbana en operación no coordinada.
Escenario_6: UMTS(macro)-GSM(pico) en Zona Urbana en operación no coordinada.
Para el despliegue de estos escenarios se deben tomar en cuenta las recomendaciones que se
detallan a continuación.
Recomendaciones para la coexistencia de UMTS y GSM
1) Redes UMTS900/1800 pueden coexistir con otras redes UMTS900/1800 en la misma
zona geográfica con una separación entre sus portadoras de 5 MHz. La separación
recomendada entre dos redes UMTS no coordinadas es de 5 MHz como mínimo.
9
10
Operación no coordinada refiere que los equipos de ambas redes no se encuentran co-localizados en el mismo site.
Operación coordinada refiere que los equipos de ambas redes se encuentran co-localizados en el mismo site.
2) UMTS900 puede ser desplegado en áreas urbanas, sub-urbanas y en zonas rurales en
coexistencia con macroceldas GSM900 en modo de operación coordinado o no
coordinado. Cuando se tiene redes UMTS900 y GSM900 en operación no coordinada,
la recomendación de separación entre portadoras UMTS y GSM tiene que ser como
mínimo 2.8 MHz. Cuando se tiene redes UMTS900 y GSM900 en operación
coordinada (co-localizados en el mismo site), la separación recomendada entre
portadoras es de 2.6 MHz como mínimo.
3) UMTS900 puede ser desarrollado en zonas urbanas y sub-urbanas en coexistencia con
microceldas y picoceldas GSM en un modo de operación no coordinado (con sistemas
no colocados en los mismos sites). La recomendación en este caso para la separación
entre la portadora UMTS y las cercanas portadoras de las micro y pico celdas GSM es
de 2.8 MHz como mínimo.
Una posible solución para los operadores es separar sus portadoras UMTS y
portadoras de las micro y pico celdas GSM en sub bandas de frecuencia bien
determinadas como se muestra en el siguiente diagrama.
Con la intención de minimizar interferencias entre dos operadores, se les sugiere a los
operadores que desean desarrollar UMTS y GSM en la misma banda utilizar un arreglo de
distribución llamado “sandwich”. Dicho arreglo se muestra en la siguiente figura.
Conclusiones
El principal beneficio que tiene el despliegue de redes UMTS en la banda de 900 MHz respecto
a UMTS en la banda de 2 GHz, son las mejores condiciones de propagación con menores
pérdidas. Por ejemplo si desea ofrecer el mismo servicio de datos, con la misma cobertura, los
requerimientos de emplazamientos (sites) por parte de UMTS900 se reducirían en un 60%
comparados con UMTS2100. Esto traerá ventajas económicas a los operadores UMTS y hace
que estas ventajas económicas se trasladen a los usuarios finales en términos de ampliación
de cobertura y reducción de costos en la provisión del servicio.
UMTS900 puede ser desplegado utilizando los emplazamientos (sites) GSM existentes en el
área de servicios. Esta reutilización es una solución que mejora el costo-eficiencia del servicio
para los operadores que ofrecen UMTS y desean brindar servicios de transferencia de datos a
alta velocidad.
Referencias
[1]
3GPP Technical Specification TS25.104 (Release 7), Base Station (BS) radio
transmission and reception (FDD), 2005-12
[2]
3GPP Technical Specification TS25.101 (Release 7), User Equipment (UE) radio
transmission and reception (FDD), 2005-12
[3]
Análisis de prestaciones de servicios de datos UMTS en modo circuito (CS64) en
interiores.
http://w3.iec.csic.es/ursi/articulos_coruna_2003/actas_pdf/SESION%206/S6.%20Aula%2
02.5/1013-ANALISIS%20PRESTACIONES.PDF
[4]
Draft UMTS 30.01
http://www.3gpp.org/ftp/tsg_sa/WG2_Arch/TSGS2_01/Docs/s2-99006.pdf
[5]
Estudio de compatibilidad para UMTS y GSM en las bandas de 900 y 1800 MHz
http://www.ero.dk/documentation/docs/doc98/official/pdf/ECCREP082.PDF
[6]
Petición de estudio de UMTS.
http://www.3gpp.org/ftp/tsg_ran/TSG_RAN/TSGR_26/Docs/PDF/RP-040514.pdf