Sistemas Inalámbricos Fijos.

Facultad de Ingeniería Eléctrica
Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica
TRABAJO DE DIPLOMA
Sistemas Inalámbricos Fijos.
Autor: Juan Leonel Hernández Cárdenas
Tutor: Ing. María del Carmen Casas Cardoso
Santa Clara
Curso 2007-2008
“Año 50 de la Revolución”
Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas
Facultad de Ingeniería Eléctrica
Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica
TRABAJO DE DIPLOMA
Sistemas Inalámbricos Fijos
Autor: Juan Leonel Hernández Cárdenas
e-mail: [email protected]
e-mail: [email protected]
Tutor: Ing. María del Carmen Casas Cardoso
Prof. Dpto. de Telecomunicaciones y Electrónica
Facultad de Ing. Eléctrica. UCLV
e-mail: [email protected]
Santa Clara
Curso 2007-2008
“Año 50 de la Revolución”
Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central
“Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad
de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como
total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la
Universidad.
Firma del Autor
Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de
la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.
Firma del Tutor
Firma del Jefe de Departamento
donde se defiende el trabajo
Firma del Responsable de
Información Científico-Técnica
PENSAMIENTO
PENSAMIENTO
“El aspecto más triste de la vida actual es que
la ciencia gana en conocimiento más
rápidamente que la sociedad en sabiduría”.
Isaac Asimov.
I
DEDICATORIA
DEDICATORIA
A mi papá, quien fue, es y será siempre mi guía.
A mi mamá del alma.
A mi hermana.
A toda mi familia.
A todos mis amigos.
A todos.
II
AGRADECIMIENTOS
AGRADECIMIENTOS
En especial, a mi papá, por haberme transmitido todos sus
conocimientos y experiencias.
En especial, a mi mamá, por su constante preocupación en la
superación de mis estudios y por guiarme por el camino correcto.
A mi hermana Yanet y a mi cuñado Abel por todo lo que han hecho
por mí.
A toda mi familia que tanto la quiero por haberme ofrecido los
impulsos suficientes para siempre seguir adelante.
A mi tutora Mary por su colaboración incondicional.
A Pavel Alemán por su valiosa ayuda en la confección de este trabajo.
A todos mis amigos, quienes fueron capaces de darme el empujón
necesario cuando más lo necesitaba.
A mis hermanos Favio, Shaun, Dudley, Miguel Ángel (El Campa),
Aleocha, Yuriel (Chichí), Dharmeltha, Yosvany, Semy, Sedy, Herman,
a todos, por apoyarme en todo momento.
A mis compañeros de aula por todos los momentos que pasamos.
A todos los profesores que tan importante papel desempeñaron en mi
vida de estudiante y en mi formación de valores.
A mi Patria y a mi Universidad por haberme dado la oportunidad de
superarme.
Desde mi corazón, a todo aquel que de una forma u otra hizo posible
la realización de este trabajo.
III
TAREAS TECNICAS
TAREAS TÉCNICAS
1. Revisión y análisis bibliográfico sobre los sistemas de acceso inalámbrico fijo existentes en la actualidad.
2. Investigar sobre las principales características de los sistemas de acceso inalámbrico
fijo, así como sus ventajas y desventajas.
3. Abordar los temas relacionados con la implementación de estos sistemas en diferentes
entornos teniendo en cuenta, principalmente, las particularidades asociadas a la propagación.
4. Valorar alternativas sobre la aplicación de estas tecnologías en función de los servicios que se pueden ofrecer.
5. Confección del informe final.
Firma del Autor
Firma del Tutor
IV
RESUMEN
RESUMEN
Actualmente, desarrollar una infraestructura de acceso que satisfaga las necesidades de conectividad y servicios de banda ancha, es uno de los objetivos estratégicos que cualquier
nación debe plantearse, pues el empleo y la aplicación masiva de las nuevas tecnologías
van de la mano del desarrollo socio-económico. Aunque las inversiones en cualquier infraestructura tienen un costo, el costo social de no hacerlas es mucho más elevado.
La infraestructura cableada es insuficiente y presenta un gran deterioro, por lo que se hace
inminente la sustitución de estas instalaciones cableadas por las inalámbricas.
En este trabajo se estudian las diferentes tecnologías de acceso inalámbricas fijas, así como
sus principales características y ventajas con respecto a otras.
Estas tecnologías están básicamente propuestas para proponer alternativas realizables en
nuestro país, en aquellas zonas donde son necesarias las comunicaciones a nivel mundial y
que producto de algunos factores hacen deficiente el despliegue de otros tipos de redes.
Estas técnicas son una solución viable para pequeños países como Cuba, por lo que se está
valorando la implementación de algunas de estas tecnologías y sus aplicaciones fundamentales.
V
TABLA DE CONTENIDOS
TABLA DE CONTENIDOS
PENSAMIENTO.....................................................................................................…………I
DEDICATORIA.............................................................................................................….II
AGRADECIMIENTOS……………………………………………………………………III
TAREAS TECNICAS......................................................................................................…IV
RESUMEN………………………………………………………………………………….V
INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................1
Organización del informe .......................................................................................................3
CAPÍTULO 1.GENERALIDADES DE LOS FWA………………………………………...5
1.1 Introducción a la infraestructura inalámbrica. ..................................................................5
1.2 ¿Qué es FWA? ..................................................................................................................5
1.3 Ventajas de la Radio para las Redes de Acceso Fijo. .......................................................6
1.3.1 Aplicaciones de Accesos Inalámbricos Fijos para servicios de telecomunicaciones
públicas. ..................................................................................................................................7
1.3.2 Ventajas que brindan las comunicaciones inalámbricas en comparación con las redes
cableadas.................................................................................................................................7
1.4. Objeciones al uso de la Radio. ........................................................................................8
1.4.1 Desventajas de los sistemas de acceso inalámbrico fijo. ...............................................8
1.5. Arquitectura Genérica del sistema FWA.........................................................................9
1.6. Principales características. ............................................................................................11
TABLA DE CONTENIDOS
1.6.1 Radio............................................................................................................................11
1.6.2 Cobertura ofrecida por la radio....................................................................................12
1.6.3 Frecuencias de los sistemas FWA. ..............................................................................12
1.6.4 Antenas. .......................................................................................................................13
1.6.4.1 Antenas de altas ganancias en aplicaciones PTP. .....................................................14
1.6.5 Otros tipos de antenas. .................................................................................................15
1.6.5.1 Antenas tipo “Bocina o Horn”. .................................................................................15
1.6.5.2 Antenas Planar. .........................................................................................................16
1.7. Técnicas de Acceso al Medio........................................................................................17
1.7.1 Acceso Múltiple por División en Frecuencia (FDMA). ..............................................17
1.7.2 Acceso Múltiple por División de Tiempo (TDMA). ...................................................18
1.7.3 Acceso Múltiple por División de Código (CDMA).....................................................18
1.8. Clasificación de los sistemas inalámbricos. ..................................................................19
1.8.1 Sistemas de radio PTP. ................................................................................................19
1.8.2 Sistemas de radio Any to any. .....................................................................................21
1.8.3 Sistemas de radio PMP. ...............................................................................................22
1.9. Tecnologías de los sistemas FWA. ...............................................................................23
1.10. Estándares que utilizan. ...............................................................................................23
1.11. Tipos de FWA..............................................................................................................23
1.12. Consideraciones. ..........................................................................................................25
CAPÍTULO 2.PROPAGACION DE LOS SISTEMAS INALAMBRICOS FIJOS……….26
2.1 Introducción al capítulo. .................................................................................................26
2.2 Radiopropagación. ..........................................................................................................26
2.2.1 Mecanismos de propagación........................................................................................28
TABLA DE CONTENIDOS
2.2.1.1 Reflexión y Refracción. ............................................................................................29
2.2.1.2 Dispersión. ................................................................................................................29
2.2.1.3 Difracción. ................................................................................................................30
2.2.2 Zona de Fresnel............................................................................................................30
2.2.3 La necesidad de una LOS (Line of Sight, Línea de la Visual). ...................................31
2.2.4 Line of Sight – Checks (Controlador de la Línea de la Visual)...................................32
2.2.5 Ruido radioeléctrico.....................................................................................................33
2.2.5.1 Ruido térmico. ..........................................................................................................34
2.2.6 Selección de lugares ideales para las estaciones de radio............................................34
2.2.7 Ecuación de transmisión en condiciones reales de propagación. ................................36
2.2.8 Margen de desvanecimiento. .......................................................................................36
2.2.8.1 Pérdidas de camino relativas en los sistemas LOS. ..................................................37
2.2.8.2 Pérdidas multitrayecto. .............................................................................................38
2.2.8.3 Efectos debido al multitrayecto. ...............................................................................39
2.2.8.4 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). .........................................39
2.2.8.5 Modulación Adaptativa.............................................................................................40
2.3 Consideraciones. .............................................................................................................40
CAPÍTULO 3.TECNOLOGIAS DE ACCESO INALAMBRICAS FIJAS………………42
3.1 Introducción al capítulo. .................................................................................................42
3.2 Sistema WLL. .................................................................................................................42
3.2.1 Evolución del WLL. ....................................................................................................43
3.2.2 Servicios que ofrece WLL. ..........................................................................................43
3.2.3 Tecnologías Inalámbricas de WLL..............................................................................44
3.2.4 Principales aplicaciones de WLL. ...............................................................................44
TABLA DE CONTENIDOS
3.3 Consideraciones para los servicios de Multimedia.........................................................47
3.4 Banda Ancha (Broadband)..............................................................................................47
3.4.1 Alternativas de redes de acceso de banda ancha..........................................................48
3.5 Sistema MMDS...............................................................................................................48
3.6 Sistema LMDS................................................................................................................50
3.6.1 El caso de Cuba para LMDS........................................................................................51
3.7 WipLL (Wireless Internet Protocol Local Loop). ..........................................................52
3.8 Zonas de aplicación de las tecnologías inalámbricas fijas..............................................53
3.8.1 Países en vías de desarrollo. ........................................................................................53
3.8.2 Países desarrollados. ....................................................................................................54
3.9 Consideraciones. .............................................................................................................54
CONCLUSIONES ..............................................................................................................545
RECOMENDACIONES.......................................................................................................56
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................57
ANEXOS.............................................................................................................…………..61
GLOSARIO DE TERMINOS. ...........................................................................................614
INTRODUCCIÓN
INTRODUCCIÓN
En un mundo donde las comunicaciones se tornan más necesarias cada día, es preciso acudir, en ocasiones, a algunas variantes que sirvan de alternativas para conectar una red de
comunicaciones a algunos lugares de difícil acceso para la red alámbrica. Por eso, se han
desarrollado técnicas inalámbricas que permiten conectarse por medio de las ondas de radio
a cualquier red de voz y datos, a velocidades y con prestaciones similares a las de una conexión alámbrica, convirtiéndose en una variante muy necesaria para estos asentamientos.
Una de las tecnologías más prometedoras y discutidas en la actualidad es la de poder comunicar computadoras mediante sistemas inalámbricos. Las redes inalámbricas facilitan la
operación en los sitios donde la computadora no puede permanecer en un solo lugar, como
en almacenes u oficinas que se encuentren en varios pisos.
Durante los últimos años se ha experimentado un incremento espectacular en la investigación, desarrollo e implantación de sistemas y redes de acceso inalámbrico fijo de banda
ancha. El factor de éxito de estas redes reside principalmente en que son soluciones eficientes en costo y con un alto grado de flexibilidad en su despliegue. En la actualidad se están
implantando redes con estas características en todo el mundo debido a que la oferta de
equipos comerciales es bastante amplia y se están proporcionando servicios de voz, video y
datos a través de dichas redes.
No se espera que las redes inalámbricas lleguen a remplazar a las redes cableadas, sino que
estas redes se puedan mezclar para así poder generar una red híbrida y poder resolver los
últimos metros hacia la estación base.
El desarrollo de las telecomunicaciones ha ido tomando un auge considerable, por lo que el
servicio de acceso a Internet se convierte cada vez más en un factor importante en este de-
1
INTRODUCCIÓN
sarrollo, pero se ha expandido solo en poblaciones urbanas y suburbanas, mientras que las
zonas rurales no se satisfacen con este servicio, por su difícil acceso con la utilización de
las redes cableadas.
Desde el surgimiento de la telefonía, la línea de cobre siempre ha sido el proveedor tradicional del enlace entre el abonado telefónico y la central local, pero la supremacía del cobre
en los enlaces locales va decayendo día a día.
La radio está desempeñando un papel primordial en la reestructuración de las telecomunicaciones públicas, a la vez de la desregulación, del cambio estructural y del crecimiento
rápido en la demanda. Los sistemas inalámbricos son los medios eficaces de la comunicación entre las localizaciones alejadas o móviles, y el terreno difícil de acceder, donde no es
posible o es prohibitivo y muy costoso, la implementación y el mantenimiento de la estructura cableada. Además, son los medios eficientes de difundir la misma información a los
receptores múltiples. La primera parte del renacimiento de la radio en las redes de telecomunicaciones públicas fue su uso en redes de teléfono móvil, pero la fase próxima está ya
sobre nosotros, el uso de la radio como un medio de acceso en redes inalámbricas fijas.
Especialmente la telefonía móvil y otras tantas tecnologías de teléfonos vía radio, han sido
el pilar de las comunicaciones en zonas rurales donde el aislamiento y los precarios servicios de infraestructura son predominantes. Por lo tanto, se puede afirmar que la telefonía
inalámbrica juega un papel vital en el desarrollo económico y social de las zonas rurales,
pues representa una alternativa viable en estos contextos.
Este trabajo se centra en el estudio de algunas tecnologías de radio que proveen acceso fijo
hasta el usuario final y que constituyen un soporte no solo para aplicaciones de telefonía,
sino para otros servicios como puede ser la transmisión de datos y multimedia.
La situación del problema consiste en la contribución para el perfeccionamiento del acceso
de las telecomunicaciones a zonas rurales, teniendo en cuenta las tecnologías inalámbricas
existentes y los servicios que estas brindan. Con la ejecución del proyecto se facilitan soluciones para el mejoramiento de esta situación.
Los objetivos principales de este trabajo responden a las tareas técnicas a realizar, entre
ellos se destacan:
2
INTRODUCCIÓN
• Investigar las potencialidades de las tecnologías de acceso inalámbrico fijo.
• Caracterizar el estado actual de los sistemas de acceso inalámbrico fijo de banda ancha en el mundo.
• Valorar las posibles alternativas en el entorno cubano para la extensión de los servicios de telecomunicaciones a zonas rurales.
• Realizar un estudio de la relación de los sistemas de acceso inalámbrico fijo sobre
otras tecnologías de acceso inalámbrico de banda ancha.
Dentro de los posibles resultados de este proyecto está el desarrollo de los sistemas inalámbricos fijos, motivando a empresas, instituciones u otras entidades a hacer uso de los mismos. Favorecerá el análisis de las diferentes alternativas de comunicación teniendo presente
las potencialidades que brinda y proporcionando una solución económica más eficiente.
Los resultados de la investigación poseen una aplicación teórica y práctica de gran trascendencia para todos los especialistas, investigadores y diseñadores de redes inalámbricas.
Estos sistemas ofrecen una gran variedad de servicios principalmente en zonas rurales de
difícil acceso, a las que no llegan las redes cableadas y se hace difícil la comunicación. Son
tecnologías adecuadas para establecer radioenlaces, debido a su alcance y alta capacidad, y
su costo muy competitivo frente a otras alternativas.
Organización del informe
El desarrollo del informe se organizó en introducción, capitulario, conclusiones, referencias
bibliográficas y anexos.
• El capítulo 1.Generalidades de los Accesos Inalámbricos Fijos (FWA).
Se dedica a la caracterización de las tecnologías inalámbricas fijas, sobre el cual se desarrolla el trabajo, así como sus ventajas y desventajas con respecto a otras tecnologías.
• El capítulo 2. Propagación en los Sistemas Inalámbricos Fijos.
Se ofrecen diversas características, principalmente las relacionadas con la radiopropagación.
• El capítulo 3. Tecnologías de Acceso Inalámbricas Fijas.
3
INTRODUCCIÓN
Se profundiza sobre los principales sistemas inalámbricos fijos, tanto de banda estrecha
como de banda ancha. Se presenta la aplicabilidad en diferentes zonas, tanto en países
desarrollados como en vías de desarrollo y principalmente la utilidad que exhiben estas
técnicas en nuestro país.
•Conclusiones: Se realiza un análisis de los resultados obtenidos en la investigación en
correspondencia de los objetivos planteados.
•Recomendaciones: Se proponen recomendaciones que tienen como objetivo enriquecer
el material y que permitan la mejora de este proyecto en el futuro.
•Referencias bibliográficas: Se organiza un listado de las referencias bibliográficas consultadas siguiendo la metodología existente para este fin.
4
CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA
CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA.
1.1 Introducción a la infraestructura inalámbrica.
En la actualidad, existe un gran desafío en las redes de radio, que es proveer a todos los
usuarios un servicio integrado de banda ancha. La realización de este fin depende tanto del
desarrollo de los productos para el mercado masivo como del progreso de sistemas que soporten tales productos. Nuevos servicios móviles celulares, estaciones terrestres fijas y sistemas satelitales, están siendo optimizados para proveer servicios integrados de banda ancha.
La cantidad de usuarios que demandan servicios de telecomunicaciones, como telefonía y
acceso a Internet, van en constante crecimiento. Tradicionalmente se les brindaba un acceso
cableado (pares de cobre, coaxiales, etc.), pero el tendido de estos es muy engorroso y toma
mucho tiempo implementarlos. Una alternativa son los sistemas inalámbricos, que ofrecen
la posibilidad de un rápido despliegue y la posibilidad de que el usuario se encuentre en
cualquier lugar dentro del área geográfica de cobertura utilizando las tecnologías de radiofrecuencia, optimizadas para conexiones inalámbricas a diferentes distancias.
Los servicios que pueden brindar estos sistemas son los de voz (telefonía, fax, módem),
acceso a Internet (banda angosta, banda ancha) de forma simétrica y asimétrica, y acceso a
redes privadas. Las aplicaciones más comunes son para extender de forma rápida las redes
de acceso dentro de las ciudades y para atender zonas rurales o de ubicación muy dispersa
de los usuarios.
1.2 ¿Qué es FWA?
Los sistemas de acceso inalámbrico fijo vía radio son todos aquellos que utilizan el espectro
radioeléctrico como medio para establecer la conexión entre la red de telecomunicaciones y
el domicilio del cliente. Se les conoce también con otros nombres, entre los que se encuentran el "bucle de acceso local vía radio", "bucle local inalámbrico" o "sistemas de acceso
inalámbrico punto a multipunto". También aparece, en ocasiones, bajo los acrónimos ingleses FWA (Fixed Wireless Access) o WLL (Wireless Local Loop). Algo importante, es tener
presente el término "fijo", para diferenciarlos de los sistemas de comunicaciones móviles que
5
CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA
también utilizan el espectro radioeléctrico. Mediante estas técnicas se pueden proporcionar
conexiones de banda estrecha, con capacidades equivalentes al par de hilos de cobre e incluso inferiores. A este tipo de aplicación (figura 1.1) se le conoce como conexión en la “última
milla”. Un ejemplo es el del sistema TRAC (Telefonía Rural de Acceso Celular), que se utilizó en España para el acceso telefónico en zonas rurales [1,2].
Fig1.1 Esquema representativo de FWA.
1.3 Ventajas de la Radio para las Redes de Acceso Fijo.
Estas redes poseen una serie de características que las hacen muy atractivas, entre las que
podemos mencionar:
• la manera rápida en la cual las redes de acceso pueden ser implementadas o las redes
existentes pueden ser mejoradas añadiéndoles nuevas capacidades.
• la velocidad y la facilidad de agregar futuras líneas de cliente para los servicios existentes.
• la capacidad de ofrecer nuevos servicios.
• la relativamente baja inversión que se necesita para dar cobertura en áreas grandes.
• la velocidad con la cual se puede instalar el servicio a los nuevos clientes.
Así, las redes de acceso vía radio representan una solución muy atractiva, especialmente
para los nuevos operadores de telecomunicaciones, que ven en la radio la solución ideal
para competir con la posición dominante del operador establecido, en el punto donde la
relación con el cliente es más directa: el bucle local [3].
6
CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA
1.3.1 Aplicaciones de Accesos Inalámbricos Fijos para servicios de telecomunicaciones
públicas.
Los usos más comunes de los sistemas de acceso inalámbricos fijos en las redes de telecomunicaciones públicas son:
• Redes de acceso a telefonía rural.
• Alta razón de bits para la conexión de los locales comerciales (como edificios en centros
históricos).
• Redes de acceso al servicio de banda ancha y multimedia.
• Alta razón de bits para acceso de Internet.
• Tarifa básica ISDN (Integrated Services Digital Network) y redes de acceso al servicio
del arrendamiento de líneas de N x 64 Kbps.
• Redes privadas
1.3.2 Ventajas que brindan las comunicaciones inalámbricas en comparación con las
redes cableadas.
• Capacidad para un gran número de suscriptores.
• Uso eficiente del espectro electromagnético debido a la utilización repetida de frecuencias.
• Prestación de servicios para aplicaciones de datos, voz y video.
• Calidad del servicio (en el caso de la voz) comparable al servicio telefónico tradicional y
accesible al público en general.
• Bajo costo de implementación.
• Poco tiempo de instalación.
• La reducción de las molestias a la comunidad.
• Una mayor facilidad para proteger los sistemas de radio ante actos vandálicos y robos.
7
CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA
1.4. Objeciones al uso de la Radio.
Existen dos objeciones principales al uso de la radio en los sistemas inalámbricos fijos:
• la preocupación por los efectos de la transmisión de radio (electro-niebla con humo).
• la posible inseguridad o vulnerabilidad de la transmisión por la posibilidad de sobreescucha, o intercepción de mensajes por terceras partes.
Los sistemas inalámbricos fijos utilizan algunas veces antenas altamente direccionales -e.g.
(example given, ejemplo dado) antenas parabólicas-, que parecen tener un efecto amenazador sobre la población. La sensación de la población es que están siendo irradiados directamente por tales dispositivos. La verdad es que la potencia total de salida de la radio de
estos sistemas rara vez sobrepasa los 100 mW.Según los estándares actuales de seguridad,
estos pequeños niveles de radiación no requieren precauciones especiales (e.g. cercar las
principales áreas vecinas de las estaciones del transmisor).
El nivel de la radiación causado por un transmisor (estación base o terminal del cliente) de
un sistema de acceso inalámbrico fijo es considerablemente menor que el de un teléfono
móvil, y puesto que nunca está tan cercana al cuerpo representa un riesgo mucho menor que
la telefonía móvil.
1.4.1 Desventajas de los sistemas de acceso inalámbrico fijo.
A pesar de las ventajas de la tecnología inalámbrica, muchas de las empresas no tienen incentivos financieros significativos para invertir en la satisfacción de los servicios básicos,
por lo que se convierten en obstáculos para la implementación de estas tecnologías.
• Por motivo de las condiciones sociales y políticas, las tarifas para llamadas locales se
mantienen en forma artificial muy bajas, y a menudo por debajo del costo. Como resultado
de esto, las rentabilidades de las inversiones en la infraestructura para los servicios básicos
son en extremos muy bajos.
• Desde la perspectiva financiera, lo atractivo para las operaciones e inversiones inalámbricas en el servicio básico es que mejorarán conforme a los gobiernos.
8
CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA
• Existen dificultades como accesibilidad a las frecuencias por saturación del espectro, la
instalación de torres de antenas en ciudades, o la obtención de permisos de instalación en
azoteas e interior de inmuebles.
• Si el ancho de banda que se solicita es limitado, también lo será la capacidad del sistema
[4].
1.5. Arquitectura Genérica del sistema FWA.
Puesto que los sistemas de FWA son fijos, el requisito para la interoperabilidad de una unidad del suscriptor (FSU) con las diferentes estaciones bases es menos rigurosa que para los
servicios móviles. Consecuentemente, existen una variedad de estándares y sistemas comerciales. Cada estándar (o sistema comercial), tiene su propia especificación de interfaz
de aire, arquitectura de sistema, elementos de red, y terminología. Por otra parte, aunque los
elementos de la red en sistemas diferentes tienen la misma terminología, las funciones de
los elementos pueden ser distintas según cada sistema.
Fig1.2 Arquitectura Genérica del sistema FWA.
™ La arquitectura genérica (figura 1.2) del sistema FWA consta de cuatro elementos funda-
mentales:
9
CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA
• La Unidad del Suscriptor Fija (FSU).
Es una interfaz entre los dispositivos cableados del suscriptor y la red del sistema FWA. Los
dispositivos cableados con alambre pueden ser computadoras, teléfonos, etc. Varios sistemas
utilizan otras siglas para el FSU, tal como la Unidad Fija de Acceso Inalámbrico (WAFU), la
Unidad de Radio del Suscriptor (RSU), o la Unidad de Interfaz de Red Inalámbrica Fija
(FWNIU). La FSU realiza la codificación/decodificación del canal, la modulación/demodulación y la transmisión/recepción de la señal vía radio, según la especificación
de la interfaz de aire. En caso de necesidad, la FSU también realiza la codificación/decodificación en la fuente. Hay variedades de implementaciones de FSU. Una aplicación típica de este tipo de FSU se puede encontrar en edificios de negocios, bloques de apartamentos y áreas de servicios, donde algunos abonados se encuentran muy cercanos.
• Interfaz de Aire.
Una FSU está conectada con la estación base vía banda de radio que está a varios centenares
de MHz o alrededor de los 2 GHz. Desde que FWA es un servicio, se pueden utilizar antenas
direccionales fijas de alta ganancia entre la FSU y la estación base, teniendo en cuenta la línea de la visual (o por lo menos, cercana). Así, la señal de FWA es un canal con ruido Gaussiano (no un canal con atenuación Rayleigh). Esto aumenta drásticamente la eficiencia del
canal y la capacidad del sistema. Físicamente está delimitada por la estructura de la celda
asociada.
• La Estación Base.
La estación base está compuesta, usualmente, por dos partes: el sistema estación base transmisor-receptor (BTS o RBS), y el controlador estación base (BSC).
El BTS realiza la codificación/decodificación y la modulación/demodulación del canal, así
como la transmisión/recepción de la señal vía radio. El BTS también se refiere como el puerto de radio (RP) o la unidad transmisor-receptor de radio (RTU).
El BSC controla uno o más BTS y proporciona una interfaz para el intercambio local (conmutación) en la oficina central. Un papel importante del BSC es transcodificar los códigos de
fuente usados en redes alámbricas y la interfaz aérea. De los roles mencionados, un BSC a
10
CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA
menudo es denominado unidad de control de puerto de radio (RPCU) o unidad del interfaz
entre el transcodificador y la red (TNU) [5,6].
1.6. Principales características.
Los sistemas inalámbricos se caracterizan por las aplicaciones para las cuales fueron diseñados, variando en las técnicas de modulación usadas para cifrar la señal de radio de sí
mismos, y en la naturaleza de la antena, determinada por su direccionalidad. Sin embargo,
estas diferencias técnicas en el diseño de radio son solamente una reflexión del propósito
específico para el cual el equipo piensa ser utilizado.
Específicamente, los sistemas FWA emplean 32 Kbps x N y más de tres canales de tráfico
disponibles por carrier.
1.6.1 Radio.
Usando una señal eléctrica muy fuerte como fuente de transmisión, una onda electromagnética puede transmitirse para que se propague lejos a través del aire. Este es el principio de la
radio.
Las ondas de radio son producidas por los transmisores, los cuales consisten en una fuente
de la onda de radio conectada a una cierta antena.
Algunos ejemplos de los sistemas de radio que son usados en las telecomunicaciones públicas incluyen:
• radio de baja frecuencia y mástil de la antena, usada en las aplicaciones de radio públicas
de la difusión - LW (long wave), MW (onda media), interruptor (onda corta)-.
• sistemas de radio HF (High Frequency), VHF (Very High Frequency), o UHF (Ultra
High Frequency), y el mástil de la antena usada para la difusión de la radio pública moderna, determinado para las estaciones de radio locales y la difusión de la televisión.
• los sistemas de radio de dispersión troposférica usados en los primeros sistemas de radio
de telecomunicaciones "sobre el horizonte", e.g. de enviar a apuntalan.
• conexiones de radio de microonda, proporcionando conexiones PTP (Point to Point) entre
los pares de los puntos finales, usando antenas altamente direccionales "tipo plato".
• redes de acceso inalámbricas fijas.
11
CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA
1.6.2 Cobertura ofrecida por la radio.
De forma general, la cobertura es un tema relevante y posee características muy peculiares
relacionadas con el contexto al que es referido dentro de las radiocomunicaciones. A causa
de las múltiples formas de trayecto radioeléctrico y la diversidad de entornos, este término
está referido únicamente a una predicción estadística.
El término cobertura de radio se utiliza para designar el área geográfica dentro de la cual es
posible la comunicación punto a punto entre dos sitios fijos(el local del abonado y la estación base).
Un área de cobertura suficientemente grande en una red de acceso vía radio se puede establecer por la instalación de una sola estación base (o de la estación central). La inversión e
instalación del operador en unidades de radio es una inversión de costo variable, que se
puede programar para ejecutarse en el paso de la progresión, con el crecimiento del operador en conexiones del cliente y con los beneficios reales del negocio.
El objetivo de desempeño de la transmisión está dado por una tasa de error mínima aceptable (BER). La BER mínima aceptable depende del tipo de tráfico predominante, transportado por el enlace de radio: la comunicación de voz es bastante tolerante a los errores, mientras que la transmisión de datos requiere una alta integridad de transmisión [7].
1.6.3
Frecuencias de los sistemas FWA.
La tecnología de bucle de acceso local vía radio ofrece la posibilidad de llegar al usuario con
bajos costos de infraestructura y alta velocidad de transmisión.
Las bandas de frecuencia más interesantes para las aplicaciones de los sistemas FWA son las
siguientes:
• Banda de 400 MHz – 500 MHz:
Estas bandas son utilizadas para aplicaciones rurales, sobre todo con los sistemas celulares
analógicos.
• Banda de 800 MHz – 1GHz:
Estas bandas se utilizan para la radio digital celular en la mayoría de los países.
12
CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA
• Banda de 1,5 GHz:
Típicamente, esta banda se utiliza para satélites y enlaces fijos.
• Banda de 1,7 GHz – 2 GHz:
Principalmente para las bandas de celulares en la mayoría de los países.
• Banda de 2,5 GHz:
Esta banda se emplea fundamentalmente para equipos industriales.
• Banda de 3,4 GHz – 3,6 GHz:
Esta banda está estandarizada para WLL alrededor de todo el mundo.
• Banda de 10 GHz:
Esta banda está disponible para WLL en algunos países.
• Banda de 28 GHz – 40 GHz:
Esta banda se utiliza para los sistemas de distribución de la microonda alrededor del mundo
[8].
1.6.4 Antenas.
La ganancia de una antena es la relación entre la intensidad de radiación en una dirección
determinada y la intensidad de radiación de una antena de referencia alimentada con la
misma potencia. La antena de referencia teórica está constituida por un radiador isotrópico
que radía por igual hacia todas las direcciones. Está claro que no existe una antena como
esta en la práctica, sin embargo, existen algunas antenas de referencia que sí son realizables, y cuyas ganancias sobre la isotrópica es conocida o se puede calcular y medir, por lo
que sirven como referencia.
Los parámetros técnicos de la mayor importancia para seleccionar una antena son los siguientes:
• la banda de radio para la cual se diseña la antena.
• la ganancia de la antena, el coeficiente de radiación trasera (front to back) y el patrón de
la antena.
13
CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA
• la polarización de la antena y la discriminación cross-polar.
• el tipo de accesorio de la guía de onda para conectar la antena con la unidad de radio.
• el peso, etc.
La ganancia de una antena depende de tres factores principales:
• La forma física de la antena (la dimensión de una variable y su construcción).
• La talla de la antena.
• La frecuencia de la señal de portador de radio.
1.6.4.1 Antenas de altas ganancias en aplicaciones PTP.
Los tipos de antenas de altas ganancias más usadas en los sistemas inalámbricos PTP, son
las antenas de reflector parabólico, aunque en frecuencias más bajas, también se utilizan las
antenas Yagi.
Las antenas parabólicas, como la de la figura 1.3a, son los tipos de antenas más usados en
ondas milimétricas. Tales antenas funcionan como un espejo cóncavo. Las señales de radio
son generadas en la unidad de radio y alimentadas por la guía de onda al punto focal de la
antena parabólica, donde se lanzan al espacio libre.
Fig1.3a) Antena parabólica; b) Antena Uda-Yagi.
Generalmente, mientras más grandes sean las dimensiones físicas de una antena, mayor es
su ganancia. En el caso de la antena parabólica de reflector mostrada en la figura 1.3a, el
área del reflector, que es perpendicular al poste de la antena, es el factor crítico. Puesto que
la mayoría de las antenas parabólicas son de forma circulares, su área es proporcional al
cuadrado de su diámetro. Así, una antena de un diámetro de 60 cm tiene un área que recoge
14
CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA
(la superficie del reflector) cuatro veces mayor que la de una antena de 30 cm de diámetro.
La fuerza de la señal que resulta recogida en la guía de onda de la antena de recepción, será
cuatro veces más fuerte (en los decibelios, 6 dB más fuerte), es decir, el doblar en el diámetro de la antena le produce una ganancia adicional de alrededor de 6 dB. Además, doblar la
radiofrecuencia de la operación también agregará 6 dB de ganancia.
⎛π *D ⎞
G = η⎜
⎟
⎝ λ ⎠
2
(1.1)
G: ganancia de la antena.
η: eficiencia de la antena.
D: diámetro de la abertura.
λ: longitud de onda.
π: constante (PI) de valor 3,14.
Las antenas Yagi, como la mostrada en la figura 1.3b, son las más usadas en bandas de bajas frecuencias, e.g. para la recepción de la televisión (difusión terrestre). La ventaja de la
antena Yagi es que su construcción es muy simple y muy barata.
1.6.5 Otros tipos de antenas.
1.6.5.1 Antenas tipo “Bocina o Horn”.
Como su nombre lo indica, una antena tipo bocina se forma físicamente como una bocina.
En algunos tipos de antenas de bocina (figura 1.4a), la forma de esta es fabricada para actuar como antena del reflector. Estos tipos de antenas son utilizados a veces como una alternativa para las antenas parabólicas en frecuencias relativamente bajas (e.g. por debajo de
7 GHz). El principio de tales antenas es similar al de las antenas parabólicas.
15
CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA
Fig1.4a) Esquema de una antena tipo bocina de alta ganancia; b) Fotografía de tres antenas tipo bocina.
Las antenas tipo bocina, como las mostradas en la figura 1.4b, se forman generalmente para
evitar la entrada del agua de lluvia u otra precipitación. Además, un material transparente se
utiliza para sellar la antena del tiempo. Tal cubierta sobre la abertura de la antena se llama
cúpula protectora de la antena. Pero mientras que una cúpula protectora de la antena la protege contra la entrada del agua en los tipos de bocina, parabólicos y de otras antenas, desafortunadamente también proporciona una superficie en la cual el hielo se pueda acumular.
Este tipo de antena se utiliza muy poco en la práctica, aunque hay otros tipos de estas antenas que sí son empleados.
1.6.5.2 Antenas Planar.
Debido a las objeciones de la sensibilidad pública y de las autoridades locales al montaje de
antenas grandes y feas en las fachadas exteriores de edificios, los fabricantes han intentado
cada vez más confeccionar diseños de antenas más pequeños y menos molestos.
Fig1.5) Esquema típico de la antena Planar.
La idea es que, a los vecinos y a los transeúntes, la presencia de las antenas pase completamente inadvertida. Como lo muestra la figura 1.5, las antenas planar pueden tener una mi16
CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA
rada agradable al ojo, pero el funcionamiento técnico de estas antenas (medidas en términos
de su ganancia) siempre no es el óptimo. Antenas de diferentes dimensiones físicas tendrán
a menudo una ganancia mejor. Según lo mostrado en la figura 1.5, la construcción interna
de una antena planar abarca un arsenal de un pequeño dipolo como las antenas. Cada miniantena individual dentro de este arsenal tiene una característica de transmisión y de recepción omnidireccional. Sin embargo, agregando juntas las señales recibidas de todas las mini-antenas en el arsenal, se consolidan las señales recibidas de una dirección particular, es
decir, las que se transmitieron o recibieron del poste de la antena (generalmente un punto en
el centro de la placa, extendido a todo lo largo de una línea perpendicular a la placa) [9,10].
1.7.Técnicas de Acceso al Medio.
Una de las estrategias más importantes para aumentar el número de usuarios en un sistema
basado en celdas radica principalmente en la técnica de acceso múltiple que éste sistema
emplee. Las técnicas de acceso múltiple en un sistema inalámbrico permiten que varios
usuarios puedan estar accediendo simultáneamente a un canal o un grupo de frecuencias, lo
que permite el uso eficiente del ancho de banda.
El acceso múltiple es de gran importancia porque las tecnologías disponibles de FWA se
diferencian en el método de múltiple acceso que utilizan. Las decisiones sobre cual tecnología a adoptar será influenciada considerablemente por el medio del acceso requerido. Cada operador tiene una cantidad dada de espectro de radio a dividirse entre sus usuarios.
Existen tres técnicas principales de acceso al medio:
™FDMA
(Acceso Múltiple por División de Frecuencias, Frequency Division Multiple Ac-
cess).
™TDMA (Acceso
™CDMA
Múltiple por División de Tiempo, Time Division Multiple Access).
(Acceso Múltiple por División de Código, Code Division Multiple Access) [11].
1.7.1 Acceso Múltiple por División en Frecuencia (FDMA).
El FDMA es aquel en el cual la frecuencia está dividida en un número de ranuras y cada
usuario utiliza una ranura particular para la longitud de la llamada, o sea, en una RBS (Radio
Base Station) el usuario puede utilizar cualquiera de los canales que estén desocupados en un
instante considerado. Esta técnica es la única aplicable a los sistemas analógicos.
17
CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA
Cada señal de información al ser enviada modula una portadora distinta. Todas las portadoras
moduladas son agrupadas y transmitidas. En la recepción, las señales de cada usuario son
separadas por filtros pasabanda adecuados. La interferencia entre los canales adyacentes es
determinada por el desempeño de los filtros utilizados y por la separación entre las portadoras. Como los filtros no son ideales, la señal de un determinado canal no estará totalmente
confinada dentro de su banda, existiendo siempre un cierto grado de interferencia mutua.
1.7.2 Acceso Múltiple por División de Tiempo (TDMA).
El TDMA es aquel en el cual cada usuario tiene acceso a todas las frecuencias pero solamente en un corto período de tiempo. Basta transmitir las muestras de la señal en un número finito de instantes para que sea reconstruido en el receptor. Las muestras de otras señales
pueden ser intercaladas en la transmisión y también recuperadas en la recepción, a través de
un detector síncrono adecuado. La interferencia entre canales adyacentes es limitada por
este sincronismo, que permite la captación de la energía de una señal determinada, recibida
en el tiempo correcto.
1.7.3 Acceso Múltiple por División de Código (CDMA).
El CDMA es aquel en el cual cada usuario tiene la misma banda de frecuencias por todo el
tiempo que quiera pero distingue la transmisión mediante el uso de un código particular. El
código en cuestión provoca una dispersión del espectro de frecuencia relativa a la banda
originalmente ocupada por el usuario. De aquí que esta técnica es también conocida por
DS-SSMA (Direct Sequence-Spread Spectrum Multiple Access). La técnica del SS (Spread
Spectrum, Espectro Extendido) consiste en combinar la señal de información con un código
cuya tasa es muy superior.
El resultado es una dispersión de la información en una banda mucho mayor del espectro.
La ventaja del método es que la cantidad de energía por banda es muy pequeña, garantizando una mayor inmunidad a interferencias.
Además de esto, esta diferencia en la concentración de la energía permite una fácil diferenciación y separación entre las señales dispersadas (codificadas) y no dispersadas, a pesar de
que utilicen una misma portadora en el tiempo [12].
18
CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA
1.8.Clasificación de los sistemas inalámbricos.
Los sistemas inalámbricos se pueden clasificar atendiendo a varios criterios. Algunos toman en cuenta la necesidad de una comunicación asimétrica, dado que se pueden diseñar
para ser más eficientes en el uso del espectro de radio que los sistemas simétricos comparables. Como ejemplos de sistemas inalámbricos asimétricos están la difusión y los sistemas
PMP (Point to Multipoint), que estos últimos se han diseñado para utilizar el espectro radioeléctrico altamente eficiente para ciertos tipos asimétricos de comunicación.
Se pueden clasificar los sistemas inalámbricos en tres categorías de aplicaciones:
• Sistemas PTP (Point to Point): se propusieron proporcionar a la línea comunicación
entre dos límites fijados.
• Sistemas Any-to-any (Cualquiera a cualquiera): se propusieron proporcionar la comunicación directamente entre dos puntos cualesquiera o más puntos de un número de sistemas móviles u otros límites indefinidos.
• Sistemas PMP (Point to Multipoint): se propusieron permitir que un número de usuarios compartan los recursos proporcionados por una sola estación base o tengan en cuenta
la difusión de la misma señal simultáneamente a un número de estaciones alejadas
[13,14,15].
1.8.1 Sistemas de radio PTP.
Los sistemas PTP son utilizados mayormente en las redes de telecomunicaciones públicas
para la red de tronco y otras conexiones de canalización. Un sistema de radio PTP proporciona una conexión entre dos puntos finales (generalmente fijos) y provee una anchura de
banda o una razón de bits fijos, sobre una base permanente. de los sistemas de radiodifusión, la transmisión deseada es a lo largo de una sola línea de transmisión, y generalmente
hay que optimizar el sistema para la transmisión a lo largo de esta línea (o de la conexión).
El sistema consta de dos radios (transmisor y receptor) y dos antenas, en cualquier extremo
de la conexión. Las antenas tienen ganancias muy grandes (en este caso antenas parabólicas
del reflector). Estas antenas se diseñan para asegurarse de que toda la señal generada por la
radio sea transmitida a lo largo del poste de la antena. El poste de la antena es una línea
19
CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA
imaginaria que representa la dirección principal de la transmisión de radio y recepción de la
antena (en algunos tipos de antenas hay un conductor metálico a lo largo del poste).
En un sistema ideal, toda la señal de radio generada por el transmisor de la radio de la izquierda de la figura 1.6, llega a la antena de la radio de la derecha. Si esto fuera posible, la
potencia de la señal de radio generada se podría guardar a un mínimo, junto con la interferencia de radio.
Un sistema inalámbrico PTP se diseña como el sistema simple de la figura 1.6.
Fig1.6) Esquema típico del sistema Punto a Punto.
Las bandas de la radiofrecuencia que afectan el uso del sistema PTP (es decir, en las bandas
de los GHz), no pueden propagarse fácilmente a través de los obstáculos, o difractar alrededor de ellos, de modo que la línea de la visual (LOS) es generalmente necesaria entre las
antenas transmisoras y las receptoras. Esto se determina a la hora de la instalación del sistema, cuando el controlador de LOS (Line of Sight-Check) se realiza. La necesidad de una
línea de la visual entre los límites, y el esfuerzo asociado a los controladores LOS durante
la instalación de una conexión PTP de alta frecuencia es incómodo y se agrega al costo del
sistema. Por otra parte, este esfuerzo hace posible la realización de enlaces PTP de alto ancho de banda usando las bandas altas de radiofrecuencia que son inadecuadas a las aplicaciones generales de la difusión debido a estas dificultades prácticas. En la práctica, la línea
de la visual se puede alcanzar entre casi dos límites que sean solamente una cuestión de
cómo los altos mástiles de radio necesitan estar en cualquier lugar de la conexión.
20
CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA
1.8.2 Sistemas de radio Any to any.
La mayoría de los sistemas de radio Any to any se diseñan para proporcionar comunicación
temporal PTP entre dos puntos, cualesquiera que estos sean, dentro de un gran grupo de
dispositivos. La figura 1.7 ilustra el principio de funcionamiento a partir de un ejemplo de
una red inalámbrica de HiperLAN que conecta las computadoras en un ambiente de la oficina. En este caso, el espectro de radio (realmente un solo canal de radio) se utiliza como
"medio compartido". Con tal que el canal de radio no esté en uso, cualquier computadora
puede utilizar el canal para comunicarse con cualquier computadora en red.
Fig1.7) Esquema representativo del sistema Any to any.
Los sistemas inalámbricos del tipo Any to any son métodos eficientes y efectivos de proporcionar conectividad completa entre un número relativamente grande de usuarios. El
hecho de que cada par posible de usuarios tenga solamente poca información para comunicarse significa que un sistema permanentemente afectado sería poco rentable y muy derrochador del espectro de radio. Permitiendo que una gran cantidad de usuarios compartan el
espectro de radio, es posible un uso más eficiente. Sin embargo, esta eficiencia en el uso del
espectro no está sin su precio. El problema con los sistemas de radio Any to any es que la
dirección de la transmisión de radio no es sabida (como en los sistemas de radio PTP, así
que las antenas omnidireccionales tienen que ser utilizadas). En comparación con una antena direccional PTP, una antena omnidireccional tiene una ganancia mucho más baja, reduciendo la calidad y la confiabilidad de los sistemas Any to any en comparación con los sistemas inalámbricos PTP. Además, la transmisión omnidireccional conduce a un mayor po21
CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA
tencial para la interferencia de la radio, y a un riesgo más alto de seguridad, que se asocia a
la intercepción despreciada y a la sobre-escucha de las señales de radio por terceras partes.
1.8.3 Sistemas de radio PMP.
Los sistemas Punto a Multipuntos (PMP) abarcan una estación base y un número de estaciones remotas, como se muestra en la figura 1.8. En estos sistemas, la transmisión de la
radio no es simétrica como en los sistemas de radio PTP. En los sistemas PMP, se debe
tener en cuenta por separado la dirección descendente o downlink (de la estación base a las
múltiples estaciones remotas) y la dirección ascendente o uplink (de las estaciones remotas
a la estación base).
En dirección descendente (es decir, de la estación base a las terminales remotas o a las estaciones del suscriptor), la misma señal está difundida a todos los suscriptores en el área de la
célula o del sector. Para alcanzar esto se utiliza una antena de mayor ángulo. En la figura
1.8, una sola antena omnidireccional se está utilizando para difundir la señal a todas las
puntas del compás equitativamente. El resultado es un área extensa de la célula.
Fig1.8) Esquema típico del sistema Punto a Multipunto.
Alternativamente, una antena del sector se habría podido utilizar con una característica más
direccional. La modulación de la radio en la dirección descendente y el esquema de acceso
múltiple de un sistema PMP, deben ser diseñados para que la difusión dada de la comunicación de la estación base sea recibida nada más por la terminal remota correcta del sus22
CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA
criptor, sin interferencia de otras comunicaciones de otros suscriptores o estaciones bases.
En la dirección ascendente, el espectro de radio disponible tiene en una cierta manera que
ser compartido entre todas las terminales activas. Este es el trabajo del esquema de acceso
múltiple. Varios esquemas alternativos están disponibles. Para la antena usada en la estación remota, es normal en sistemas inalámbricos fijos (donde la antena se monta y no es
permanentemente móvil) utilizar una antena altamente direccional (según lo mostrado esquemáticamente en la figura 1.8). El uso de una antena direccional restringe la probabilidad
de la interferencia no deseada en la recepción de las fuentes de radio con excepción de la
estación base. Además, durante la transmisión, la interferencia causada a otras terminales
del suscriptor puede ser reducida al mínimo dirigiendo toda la transmisión en la estación
base.
1.9. Tecnologías de los sistemas FWA.
Las tecnologías de los sistemas FWA se clasifican de acuerdo a su ancho de banda:
• Banda Ancha: MMDS (Multichannel Multipoint Distribution Service o Microwave
Multipoint Distribution System) y LMDS (Local Multipoint Distribution System) [16].
• Banda Estrecha o Angosta: WLL (Wireless Local Loop).
1.10. Estándares que utilizan.
La mayoría de los sistemas FWA se desarrollan según los estándares (o sus variantes) para
sistemas móviles.
Básicamente, casi todos los sistemas inalámbricos o técnicas de múltiple acceso, se pueden
utilizar para FWA.
1.11. Tipos de FWA.
Existen distintos de FWA, entre los que podemos mencionar [17]:
• FWC (Fixed Wireless Cellular).
Estos son sistemas basados en las redes celulares, en donde se pueden atender determinadas
áreas con equipos fijos o móviles, con la restricción de que solo están permitidos ingresar a
la red celular desde el área o celda que se les asigne.
23
CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA
• LMDS (Local Multipoint Distribution Service).
Este sistema fue diseñado inicialmente para la transmisión de televisión, inicialmente analógica y luego digital con el empleo de compresión digital MPEG-2. Debido a que tuvo
poco éxito ya que se debían instalar muchas estaciones bases y debía competir con el cable
(CATV), no se uso mucho hasta que se le dio la oportunidad como acceso inalámbrico asimétrico de alta velocidad hacia los usuarios que necesitaban transmitir voz y datos (básicamente acceso a Internet o a otras redes). Trabaja en bandas de frecuencias elevadas, pero
necesita línea de la visual directa sin obstáculos y permite un gran ancho de banda, con
conexiones “always on”.
• MMDS (Multichannel Multipoint Distribution Service).
Este sistema también fue diseñado inicialmente para la transmisión de televisión y con la llegada del Internet lo extendieron a un servicio bidireccional. Trabaja en las bandas de 2 GHz a 11
GHz, pero necesita línea de la visual directa de preferencia sin obstáculos, permite anchos de
banda grandes (menores que los de LMDS) y debido a que está en una frecuencia más baja su
atenuación es menor permitiendo que la celdas puedan tener alcances muy grandes como de 15
a 20 Km.
• BWA (Broadband Wireless Access).
Son los mismos sistemas MMDS y LMDS, pero empleando celdas pequeñas. Esto da la posibilidad de que a un usuario se le pueda asignar un ancho de banda mayor todo el tiempo.
• VSAT (Very Small Aperture Terminal).
Si bien no se presentan en la última milla, muchas veces estos sistemas son la única forma de
conectar zonas muy alejadas, funcionando como una extensión de las redes cableadas voz y
acceso a Internet. Los terminales por lo general son estaciones fijas que además tienen una
antena satelital y sistemas de generación de energía (solar o generadores). Usualmente se
emplea proveer comunicaciones a zonas rurales o centros de explotación minero y petrolero.
• ISAT (Internet Satellite Access Terminal).
El concepto es similar que el caso anterior con la diferencia que los terminales son portátiles
con antenas de fácil despliegue. Los servicios que brinda son voz e Internet con una veloci24
CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA
dad no muy grande pero suficiente para estar conectado. Su aplicación se da para campamentos en zonas donde no hay otra posibilidad de comunicaciones.
• WMAN (Wireless Metropolitan Area Network).
En este caso ya hay una norma, la IEEE 802.16, que garantiza de cierta manera la compatibilidad de los equipos, de tal forma que las inversiones realizadas en esta tecnología tengan un
mayor tiempo de vigencia que las que se realizaron con tecnologías anteriores.
Hay distintos tipos de sistemas de acceso inalámbrico fijos, funcionando de las soluciones
análogas simples para las conexiones locales inalámbricas del lazo (bucle local) en redes
telefónicas, a través de los sistemas de radio digitales para el servicio básico del ISDN, al
acceso inalámbrico de banda ancha y de alta razón de bits.
En general, se puede decir que los sistemas más simples funcionan en bandas más bajas de
radiofrecuencia (alrededor 2 GHz) y con razones de bits bajas de la oferta a los clientes
pero tienen rangos relativamente altos, mientras que los sistemas de banda ancha funcionan
en frecuencias más elevadas (e.g. 10 GHz, 24 GHz, 26 GHz, 28 GHz, 38 GHz, 42 GHz),
ofreciendo razones de bits mucho más altas a los clientes, pero teniendo el rango restringido. La banda de PMP en 3,5 GHz fue vista inicialmente por los operadores y los fabricantes
como la banda ideal para las velocidades de ISDN. Actualmente, se está utilizando cada vez
más para los servicios de banda ancha. La tendencia hacia el ofrecimiento de servicios de
banda ancha es en parte debido a la demanda del mercado para los servicios de Internet, y a
una mejor economía de banda ancha (beneficios más altos para una inversión de capital
similar).
1.12. Consideraciones.
Existen diversas tecnologías de acceso inalámbricas fijas, diseñadas cada una de ellas en
función de sus aplicaciones y escenarios de trabajo, pero aún queda mucho por explorar en
este campo. Las tecnologías inalámbricas son una opción para llegar con accesos muy veloces a nuevos usuarios. Estas tecnologías se presentan como las alternativas para un estudio
detallado de sus características.
25
CAPÍTULO 2. PROPAGACION DE LOS SISTEMAS INALAMBRICOS FIJOS
CAPÍTULO 2.
PROPAGACION DE LOS SISTEMAS INALAMBRICOS FIJOS.
2.1 Introducción al capítulo.
Indiscutiblemente, las tecnologías de acceso inalámbrico fijo son las que proveen enlaces
de mayor ancho de banda, dentro de toda la gama de tecnologías inalámbricas existentes,
aunque también brindan conexiones de banda estrecha. Los ejemplos más representativos
son: WLL, LMDS y MMDS [18].
WLL.
Algunas veces llamado RITL (Radio in the Loop) o FRA (Fixed Radio Access), WLL es un
sistema que ofrece servicios de banda estrecha, en el cual la central de comunicaciones local y los suscriptores, se conectan usando la tecnología de radio-base.
MMDS.
Una de las tecnologías óptimas para proveer acceso de banda ancha es el Multichannel
Multipoint Distribution Service o Microwave Multipoint Distribution System (MMDS),
que está clasificada como un FWA de banda ancha.
LMDS.
Catalogada como otra de las más prometedoras tecnologías para proveer acceso de banda
ancha, está el Local Multipoint Distribution System (LMDS), que también clasifica como
un FWA de banda ancha.
2.2 Radiopropagación.
Como se ha dicho anteriormente, la ventaja principal de estos sistemas radica en su fácil y
sencilla implementación, sobre todo en zonas donde la planta exterior está saturada o no
26
CAPÍTULO 2. PROPAGACION DE LOS SISTEMAS INALAMBRICOS FIJOS
existe. Sin embargo, al ser enlaces de radio, sufren pérdidas con las variabilidades del clima
y necesitan tener en cuenta diversos factores para su correcto funcionamiento.
La propagación es un tema relativamente complejo, pues depende de muchos parámetros.
Cuando las ondas de radio se transmiten desde un punto, se separan y se propagan como
frentes de ondas esféricos. Los frentes de ondas viajan en dirección perpendicular a la onda,
como se muestra en la figura 2.1.
Fig2.1) Trayectoria de los frentes de ondas.
Las ondas de radio y las ondas ligeras son formas de radiación electromagnética que visualizan características similares. Mientras que un haz de luz se puede reflejar, refractar y difractar, una onda de radio también lo puede hacer.
Existen cuatro modos o formas de propagación de la onda de radio (ver figura 2.2). Normalmente, un sistema de radiotransmisión se diseña para aprovecharse de uno de estos modos. Las cuatro formas son:
• propagación de la línea de la visual o directa.
• propagación superficial de la onda (difractada).
• propagación de la dispersión troposférica (reflejada y refractada).
• propagación espacial de la onda (refractado).
27
CAPÍTULO 2. PROPAGACION DE LOS SISTEMAS INALAMBRICOS FIJOS
Fig2.2) Diferentes formas de propagación de las ondas de radio.
Las ondas superficiales son características de las bandas de VLF, LF y MF. La reflexión
ionosférica ocurre en las bandas de VLF y LF, aunque también puede ocurrir en forma de
onda celeste en la banda de HF. Por último, la onda espacial se compone de la onda directa
y la reflejada de la tierra y es común verla en las bandas de VHF y UHF. A medida que
aumenta la frecuencia y se trabaja en las bandas de SHF y EHF predomina la componente
directa.
Durante la transmisión de la información, desde el transmisor hasta el receptor la onda electromagnética puede sufrir variaciones, producto de las pérdidas del espacio libre y las pérdidas adicionales, las cuales se producen debido a interferencias, ruido, reflexión, refracción, difracción, dispersión y absorción.
2.2.1 Mecanismos de propagación
Las señales electromagnéticas se propagan a través de diversas formas entre la antena
transmisora y la receptora. Si el medio en que se propagan fuera completamente uniforme,
las ondas se moverían en línea recta. Para las frecuencias de SHF donde la ionosfera se
hace transparente, la propagación en el espacio libre es modificada por el suelo (reflexión y
difracción) y por la troposfera (refracción, absorción y dispersión) [19].
28
CAPÍTULO 2. PROPAGACION DE LOS SISTEMAS INALAMBRICOS FIJOS
2.2.1.1 Reflexión y Refracción.
Cuando las ondas provenientes de un medio inciden sobre la superficie de otro; una parte
de la energía de la ondas se refleja (cambio en la dirección de propagación), mientras que
otra parte de la energía es transmitida o refractada (cambio en la dirección de propagación
producto del cambio de un medio a otro), y por otro lado una tercera porción se absorbe
(cuando las ondas electromagnéticas atraviesan algún material). Mientras los conductores
perfectos reflejan toda la señal, otros materiales reflejan sólo parte de la energía de la onda
incidente y transmiten el resto.
La reflexión (Figura 2.3a) y la refracción (Figura 2.3b) influyen notablemente en la propagación de la onda en interiores, principalmente en las paredes, pisos, ventanas de cristales
grandes, superficies rocosas, etc. Estos fenómenos dependen tanto de las propiedades físicas (superficies geométrica, textura, grosor y composición del material) como de la señal
(ángulo incidente, orientación, polarización, y longitud de onda). De aquí que un conductor
perfecto refleja el 100% de la energía incidente mientras que un dieléctrico, por ejemplo,
refleja una parte de la energía dependiendo del ángulo de incidencia, y refracta el resto.
Para un ángulo de incidencia cercano a los 0º, la onda es reflejada en su totalidad, en cambio, para uno cercano a los 90º, esta se refracta. En general, un material refleja parte de
energía, refracta otra parte y absorbe el resto. La reflexión también introduce un desplazamiento de fase de 180º, el cual es la causa principal del efecto de distorsión multitrayecto.
Fig2.3 (a) Fenómeno de reflexión. (b) Fenómeno de refracción.
2.2.1.2 Dispersión.
El fenómeno dispersión se produce, cuando en el camino, la señal se encuentra con objetos
cuyas dimensiones son pequeñas con respecto a la longitud de onda. Como resultado, el
frente de onda se rompe o se dispersa en múltiples direcciones. Las ondas dispersas son
29
CAPÍTULO 2. PROPAGACION DE LOS SISTEMAS INALAMBRICOS FIJOS
producidas por superficies desiguales, pequeños objetos y otras irregularidades presentes en
el canal. En la práctica, el follaje, señales de tráfico o las farolas pueden provocar dispersión en los sistemas de comunicaciones inalámbricos.
2.2.1.3 Difracción.
Este fenómeno ocurre cuando la trayectoria de la onda electromagnética es obstruida por
una superficie con irregularidades agudas (los bordes pronunciados). Las ondas difractadas
que obstruyen están presentes a través del espacio y a veces detrás del obstáculo, dando
como resultado una flexión de ondas alrededor del obstáculo, incluso cuando no existe una
trayectoria de LOS entre el transmisor y el receptor. En un rango de alta frecuencia, la difracción depende de la geometría de los obstáculos, así como la amplitud, la fase, y la polarización de la onda. Cuanto mayor sea la frecuencia de la transmisión, mayores serán las
pérdidas. En la difracción se genera una pérdida de potencia: la potencia de la onda difractada es significativamente menor que el frente de onda que la provoca [20].
2.2.2 Zona de Fresnel.
Se le denomina Zona de Fresnel al volumen de espacio entre el transmisor de una onda
electromagnética, acústica, etc, y un receptor, de modo que el desfasaje de las ondas en
dicho volumen no sea superior a los 180º. Así, la fase mínima se produce para el rayo que
une en línea recta al transmisor con el receptor. Tomando su valor de fase como 0º, la primera zona de Fresnel abarca hasta que la fase llegue a 180º, adoptando la forma de un elipsoide en revolución. La segunda zona abarca hasta un desfasaje de 360º, y es un segundo
elipsoide que contiene al primero. Del mismo modo se obtienen las zonas superiores.
Tanto en óptica como en comunicaciones por radio o inalámbrica, la Zona de Fresnel es
una zona de despeje adicional que hay que tener en consideración además de haber una
visibilidad directa entre las dos antenas. Esto es debido a que toda la primera zona contribuye a la propagación de la onda. Por el contrario, la segunda zona tiene la fase invertida,
de modo que su contribución es substractiva. En general, las zonas impares son positivas,
mientras que las pares son negativas.
La primera Zona de Fresnel se debe mantener limpia de obstáculos de modo que las reflexiones de la radio destructivas de objetos dentro de esta zona no conduzcan a una grave
interferencia de la señal de radio que llega el receptor.
30
CAPÍTULO 2. PROPAGACION DE LOS SISTEMAS INALAMBRICOS FIJOS
El estándar de la industria es el de mantener alrededor del 60% de la primera zona de Fresnel libre de cualquier obstáculo, aunque también se operan con cifras aproximadas entre el
70% y 80% para los mejores casos.
Para el caso de radiocomunicaciones depende del valor de K (curvatura de la tierra) considerando que para una K=4/3, la primera zona de Fresnel debe estar despejada al 100%
mientras que para un estudio con K=2/3 se debe tener despejado el 60% de la primera zona
de Fresnel. En la Figura 2.4 se observa la primera zona de Fresnel y el radio de esta se define como
(2.1)
El término n dentro de la expresión, se refiere a una zona determinada, por ejemplo para
calcular el radio de la primera zona de Fresnel n=1. El término d1 se refiere a la distancia
entre el transmisor y el obstáculo más crítico, y el término d2 se refiere a la distancia entre
este último y el receptor (Figura 2.4). En la ecuación 2.1 la suma de d1 y d2 se refiere a la
distancia que hay entre los puntos del enlace, que viene representada en la figura por D
(Figura 2.4).
Fig2.4 Primera zona de Fresnel.
2.2.3 La necesidad de una LOS (Line of Sight, Línea de la Visual).
Las bandas de radiofrecuencia más usadas para los sistemas de acceso inalámbricos fijos
están en las frecuencias por encima de 1 GHz, de modo que la mayoría de los sistemas de
31
CAPÍTULO 2. PROPAGACION DE LOS SISTEMAS INALAMBRICOS FIJOS
acceso inalámbricos fijos caen en la clasificación de la ITU-R (International Telecommunications Union- Recommendation) de los sistemas de línea de la visual.
La transmisión por radio requiere de una trayectoria clara entre las antenas, cualidad conocida como línea de la visual, que no es más que la trayectoria directa en el espacio libre
entre dos puntos, sin obstrucciones entre ellos.
En el caso contrario, se reconoce el término “fuera de la línea de la visual” (NLOS, NonLine of Sight), cuando la visibilidad entre el transmisor y el receptor es bloqueada completamente. Para una obstrucción parcial, algunas bibliografías se refieren al término “línea de
la visual obstruida” (OLOS, Obstructed-Line of Sight), para los casos en los que el mobiliario, por ejemplo, se interpone parcialmente entre los extremos.
Por lo tanto, cualquier obstáculo tiende, más o a menos, a bloquear la señal, dando como
resultado una inadecuada fuerza de la señal para la buena recepción.
A pesar de todos los comentarios anteriores referentes a la necesidad de un canal de línea
de la visual, las señales difractan a un fragmento limitado, y las reflexiones pueden proporcionar, a menudo, un nivel adecuado de la señal.
Confirmando que hay una línea de la visual entre los dos puntos de una conexión de radio,
antes de la instalación del equipo se hace la encuesta sobre el sitio. El proceso de confirmación se denomina generalmente LOS-Checks (Line of Sight-Checks).
2.2.4 Line of Sight – Checks (Controlador de la Línea de la Visual).
Siempre se acostumbra a conducir un chequeo de una línea de la visual (LOS-Checks) antes
de la instalación de un sistema de radio. El LOS-Checks implica que hay que visitar los
sitios propuestos de instalación de antenas transmisoras y receptoras, para evaluar la disponibilidad de los mismos, o de otra manera de una línea de la visual entre las dos estaciones,
para determinar si hay obstáculos dentro de la zona de Fresnel, y evaluar otros posibles
efectos de interferencia de la radio que se presentan del lugar (e.g. radiotransmisores de alta
potencia cercanos, u objetos o grandes áreas de metal que pudieron causar reflexiones dañosas).
Tareas que se realizan durante la visita al sitio para LOS-Checks:
1) Definir las coordenadas del límite.
32
CAPÍTULO 2. PROPAGACION DE LOS SISTEMAS INALAMBRICOS FIJOS
2) La localización del mapa y la dirección del compás de la conexión.
3) Determinar la línea de la visual.
4) Identificación correcta de la estación remota.
5) Determinar la altura a la que debe ser colocado el mástil.
6) Comprobación de la zona de Fresnel.
7) Documentación fotográfica.
8) Comprobación de la línea de la visual para los enlaces largos, alrededor de 8 Km.
La recomendación P.530 de la ITU proporciona una amplia metodología para determinar
los efectos que provocan los obstáculos en la señal durante la trayectoria, y los posibles
efectos de interferencia causados por el desvanecimiento multidireccional (e.g. como resultado de los obstáculos o de las reflexiones en el terreno). Además, ofrece una metodología
para calcular la confiabilidad de los enlaces creados de saltos individuales múltiples (tales
enlaces múltiples de salto se utilizan para superar dificultades o para evitar obstáculos importantes). La P.530 también brinda métodos de valoración para la confiabilidad de los enlaces de radio configurados. Estos factores necesitan ser tomados en cuenta en el planeamiento de los enlaces de radio individuales.
2.2.5 Ruido radioeléctrico.
Las pérdidas de las señales de radio en la atmósfera afectan la capacidad de los receptores
de radio de recibir y de decodificar, exactamente, la señal correcta del usuario. La buena
recepción depende de la fuerza de la señal deseada, que tiene muchas veces más alcance
que el ruido circundante. Es decir, una relación Señal/Ruido (S/N) mínima o Carrier/Ruido
(C/N), tiene que ser mantenida para asegurar una buena recepción. El ruido no puede ser
evitado, por lo que resulta necesario desarrollar modelos que permitan describir su desempeño y minimizar los efectos negativos en la detección de la señal.
El ruido en la radio puede ser causado por diferentes causas:
• perturbaciones atmosféricas (esto se puede causar por las emisiones de los gases atmosféricos o por el relámpago, causa la recepción del chisporroteo en radio pública de la difusión).
33
CAPÍTULO 2. PROPAGACION DE LOS SISTEMAS INALAMBRICOS FIJOS
• ruido artificial, causado por la radiación electromagnética involuntaria de la maquinaria
eléctrica (motores, incluyendo de la elevación (escalera móvil), líneas de potencia, motores
de combustión, etc. Este tipo de ruido la hace esencial, por ejemplo, para no instalar el
equipo del receptor de radio cerca de los motores de la escalera móvil en las azoteas).
• ruido del espacio (causado por causas celestiales, los meteoritos, etc.).
• obstáculos en el camino de radio.
2.2.5.1 Ruido térmico.
El ruido térmico se produce por el movimiento caótico de las cargas libres en los conductores debido a su agitación térmica. Se puede demostrar que la potencia de ruido térmico es
independiente del valor de resistencia del resistor que la produce y, bajo condiciones de
adaptación de impedancias, se expresa como:
N = k ⋅ T ⋅ Bw
donde k es la constante de Boltzman 1,38 ⋅ 10 −23
(2.2)
W
, T es la temperatura expresada en
K ⋅ Hz
grados Kelvin y Bw es el ancho de banda expresado en Hz del cuadripolo considerado. La
ecuación (2.2) es válida en las frecuencias que comprenden el espectro radioeléctrico. La
importancia principal del modelo de ruido térmico es que la fuente de ruido real puede sustituirse por una fuente de ruido térmico que produce a su salida el mismo valor de potencia
de ruido que la fuente real. Es importante tomar en cuenta el ruido en el diseño de los receptores de radio.
2.2.6 Selección de lugares ideales para las estaciones de radio.
Se puede generar una línea de la visual entre dos puntos de un sistema de radio de corto o
mediano alcance, es solo una cuestión del como tendrán que estar las torres o los mástiles
para montar las antenas transmisoras y receptoras. Por otra parte, puede ser que sea más
fácil intentar elegir los límites de la conexión para estar en lugares geográficos prominentes
o en el techo de edificios altos.
Los edificios altos, los topes de las colinas y otros lugares prominentes benefician la buena
visibilidad, y son sitios ideales para la estación base en sistemas PMP o para concentrar
enlaces de radio PTP. La manera más fácil de actuar ante un problema de carencia de la
34
CAPÍTULO 2. PROPAGACION DE LOS SISTEMAS INALAMBRICOS FIJOS
línea de la visual es encontrar un punto intermedio que tenga buena visibilidad a ambos
límites.
Los límites deseados de los enlaces PTP se encuentran, a veces, en edificios pequeños, con
una pobre visibilidad de la línea de la visual. Un edificio alto cerca de un sitio de poca visibilidad, puede ser utilizado como repetidor de voz pasiva (figura 2.5).
Fig2.5) Repetidor de voz pasiva en sitio de poca visibilidad.
Alternativamente, los repetidores activos se podían utilizar para permitir conexiones PTP,
más allá del alcance del rango normal de un solo enlace. Los métodos más simples, se utilizan para superar muchos de los problemas de la cobertura de radio (obstrucciones, sombras,
interferencia multidireccional, etc). Si todo esto falla, se necesitaría de un mástil más grande en el punto de la conexión.
El edificio más alto no es siempre el ideal para una estación base. El problema de los edificios altos es que pueden ser vistos de varias millas alrededor (significa que puede causar
interferencia de radio a las millas alrededor). A veces, es el deseo del planificador de la
radiofrecuencia (particularmente en el PMP) restringir los tamaños de la célula para reducir
la distancia debida a la cual la misma frecuencia del canal de radio puede ser reutilizada sin
causar una degradación inaceptable. Aprovecharse de los obstáculos naturales y de la geografía local puede ser una buena manera de reducir la interferencia entre las estaciones bases adyacentes.
Otro factor que debe ser considerado al seleccionar edificios u otros puntos elevados como
estaciones bases, es la posibilidad de tener una pobre cobertura en el área que rodea a la
estación base, debido a una abertura limitada de la elevación de la antena.
35
CAPÍTULO 2. PROPAGACION DE LOS SISTEMAS INALAMBRICOS FIJOS
2.2.7 Ecuación de transmisión en condiciones reales de propagación.
En un enlace inalámbrico, en condiciones reales de propagación ocurren pérdidas adicionales por propagación que incluye las pérdidas en las secciones de líneas de transmisión, desalineación entre las antenas, etc.
Pr =
Pt ⋅ Gt ⋅ Gr
Lb ⋅ La
(2.3)
Pr: Potencia recibida.
Pt: Potencia transmitida
Gt: Ganancia de la antena transmisora.
Gr: Ganancia de la antena receptora.
Lb: Pérdidas del espacio libre.
La: Pérdidas adicionales.
En los sistemas inalámbricos es muy común el uso de unidades logarítmicas, ya que se
permite convertir productos en sumas y divisiones en restas, lo que facilita los cálculos. De
acuerdo con esto, la ecuación (2.3) puede escribirse como
Pr (dB)=Pt (dBw)+Gt (dBi)+Gr (dBi)-Lb (dB)-La (dB)
(2.4)
donde dBw representa los decibeles con relación a 1W de potencia y dBi son los decibeles
con relación a una fuente isotrópica. Además del dB, existe el dBm, que indica decibeles
con relación a 1 mW de potencia. Recordando que
1W= 10 3 mW, entonces la relación de conversión entre dBW y dBm es
Y (dBm) = X (dBw) + 30.
(2.5)
2.2.8 Margen de desvanecimiento.
La mayor parte del tiempo, el nivel de la señal recibido está en el exceso de la sensibilidad
del receptor, así un sistema de radio funciona sin errores. Solamente cuando la atenuación
de la señal excede el presupuesto del acoplamiento o el presupuesto del sistema es que ocurren los problemas (el problema es un nivel inaceptable alto de errores, definido como indisponibilidad del acoplamiento).
36
CAPÍTULO 2. PROPAGACION DE LOS SISTEMAS INALAMBRICOS FIJOS
El presupuesto del acoplamiento es la pérdida máxima de la señal que puede ocurrir entre la
transmisión y la recepción de las antenas. Durante el buen tiempo hay solamente pérdida
del espacio libre. La diferencia entre este nivel de atenuación y la condición del umbral es
conocida como margen de desvanecimiento. El margen de desvanecimiento es el nivel adicional de atenuación de la señal que se puede causar por malas condiciones atmosféricas.
El margen de desvanecimiento es fijado ajustando la energía de la salida del transmisor.
Desafortunadamente, mientras que un alto margen de desvanecimiento es ventajoso en la
protección de los enlaces contra el desvanecimiento del tiempo, él puede causar problemas
de interferencia durante el buen tiempo, puesto que la señal transmitida se propagará más
de lo que necesita. Para evitar este problema, algunos sistemas de la radio se equipan de
una función de control de potencia llamada ATPC (Automatic Transmit Power Control), la
cual reduce la energía transmitida durante el buen tiempo, y aumenta automáticamente la
energía de salida del mal tiempo para limitar los efectos del desvanecimiento.
Un buen radioenlace debe tener de 5dB a 17 dB de margen.
2.2.8.1 Pérdidas de camino relativas en los sistemas LOS.
La recomendación P.530 define también el marco para predecir las pérdidas de propagación
para los sistemas terrestres LOS. Estos sistemas de radio funcionan con dos puntos de conexión, en las bandas desde 1 GHz a 42 GHz. Esta descripción toma en cuenta a casi todos
los sistemas de acceso inalámbrico fijo.
En las frecuencias sobre 1 GHz, las señales de radio no difractan alrededor de obstáculos ni
penetran a través de edificios o de la vegetación. Para una mejor confiabilidad de los enlaces de radio, es normal asegurarse, durante la fase del planeamiento y de la instalación de
un FWA, que haya una trayectoria de la línea de la visual (es decir, un directo, sin obstáculo) entre las dos antenas.
Esta recomendación presenta una metodología para calcular las pérdidas de camino de la
señal de los sistemas LOS. Enumeremos los efectos en orden de importancia:
• el desvanecimiento (absorción) debido a las precipitaciones (es decir lluvia, nieve, niebla,
nubes u otros efectos del tiempo).
• la absorción de la señal debido a los gases atmosféricos o al estado dieléctrico de la at37
CAPÍTULO 2. PROPAGACION DE LOS SISTEMAS INALAMBRICOS FIJOS
mósfera (es decir, a qué grado se ioniza o no se ioniza). atenuación debido a la cobertura de
tierra - edificios, vegetación y arena o tormentas de polvo, etc.
• el desvanecimiento debido a que diversas reflexiones de la señal original interfieran el
uno con el otro.
• las pérdidas debido a la difracción de la señal, obstrucción de la trayectoria u obstrucción
parcial (esto afecta las ondas terrestres que se propagan cerca de la superficie de la tierra).
2.2.8.2 Pérdidas multitrayecto.
Una de las características fundamentales de las radiocomunicaciones terrestres es la propagación multitrayecto, la cual ocurre cuando existen obstáculo entre la estación base y la
ubicación del subscriptor, por lo que podemos decir que este fenómeno queda acentuado en
enlaces NLOS, aunque también se pone de manifiesto en los enlaces LOS.
En tales condiciones, la señal transmitida experimenta reflexiones, difracciones y dispersiones, causando múltiples ecos de la misma señal, los cuales llegan al receptor a diferentes
tiempos.
La figura 2.6 muestra un típico escenario de multitrayectorias, en el cual el receptor no solo
recibe una señal primaria, sino también señales secundarias (que llegan al receptor en diferentes momentos y fases), las cuales se reflejan en construcciones cercanas y obstáculos,
causando ISI (Inter Symbol Interferente, Interferencia Inter-Símbolos).
38
CAPÍTULO 2. PROPAGACION DE LOS SISTEMAS INALAMBRICOS FIJOS
Fig2.6) Escenario de multitrayectorias.
2.2.8.3 Efectos debido al multitrayecto.
El efecto del fenómeno de multitrayecto en la comunicación inalámbrica digital es conocido como ISI. Los ecos de un cierto símbolo (llamado símbolo N), resultado de la naturaleza
de multitrayecto de un enlace sin línea de la visual (NLOS), se ven como interferencias del
símbolo que le sigue llamado símbolo N+1.
En la medida en que se aumenta la velocidad de transmisión, el tiempo de símbolo va disminuyendo, esto hace que la interferencia entre símbolos sea cada vez más perjudicial.
La tecnología OFDM supera el problema de la ISI mediante el uso de un intervalo de guarda al principio del símbolo, o sea, se repite una fracción de la última porción del tiempo útil
de símbolo y se pega al comienzo del próximo símbolo (guarda). Además se trabaja con
frecuencias más bajas (sub-portadoras), lo que hace que el tiempo de símbolo sea mayor.
2.2.8.4 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing).
OFDM es una tecnología en la cual se usan varios carriers de forma simultánea y cada carrier llevará solamente una parte del mensaje.
El principal objetivo del uso de OFDM, también llamada DMT (Discreet Multitone Modulation, Modulación por Multitono Discreto), es para evadir los problemas causados por las
39
CAPÍTULO 2. PROPAGACION DE LOS SISTEMAS INALAMBRICOS FIJOS
reflexiones debido al multitrayecto, el cual se logra mediante la transmisión del mensaje
(bits) a baja velocidad (esto hace que el tiempo de los paquetes de datos sean mucho mayores que el tiempo de interferencia, o sea, que este último se hace despreciable respecto al
tiempo de dato) de forma tal que cualquier interferencia sea despreciable con respecto al
tiempo de datos. Para mantener una alta velocidad de transmisión, se usan varias portadoras
para transmitir varios mensajes de baja velocidad de forma simultánea, los cuales serán
recombinados en el receptor para obtener de nuevo una señal a alta velocidad [21,22].
2.2.8.5 Modulación Adaptativa.
La comunicación inalámbrica a altas velocidades requiere de técnicas de transmisión eficientes y espectralmente ya que los canales radio son generalmente selectivos en frecuencia
y con desvanecimientos en el tiempo. La mayoría de las técnicas de modulación empleadas
actualmente para estos canales se diseñan para mantener una cierta calidad de la comunicación durante los desvanecimientos, resultando en una pobre utilización de su capacidad
durante un buen porcentaje del tiempo.
La modulación adaptativa permite obtener una alta eficiencia espectral y garantizar una
determinada tasa de bits erróneos en canales sometidos a desvanecimiento plano, sobre
todo cuando las variaciones del canal son suficientemente lentas. Además, en esta situación
es posible mantener una baja velocidad binaria para el canal de retorno.
Cuando el enlace de radio tiene alta calidad, se usa el esquema de modulación más elevado,
dándole al sistema una mayor capacidad. Durante la transmisión, y dependiendo de los
efectos multitrayecto de la señal, el sistema se puede cambiar a un esquema de modulación
menor para mantener la calidad de la conexión y la estabilidad del enlace. Esta característica permite al sistema superar los efectos multitrayecto. La característica clave de la modulación adaptativa es que se incrementa el rango sobre el cual puede ser usado un esquema
de modulación superior, como situación opuesta a tener un esquema fijo diseñado para la
condición de peor caso.
2.3 Consideraciones.
El objetivo principal de las tecnologías de radio fijas es brindar servicios de telefonía con
una calidad similar a la ofrecida por una infraestructura cableada, por lo que es imprescindible diseñar los radioenlaces teniendo en cuenta todos los efectos nocivos desde el punto
40
CAPÍTULO 2. PROPAGACION DE LOS SISTEMAS INALAMBRICOS FIJOS
de vista de la propagación. Al ser enlaces fijos es posible predecir las perdidas y fallas asociadas, pero esto implica un estudio detallado de sus características. A lo largo de este capítulo se comentaron los problemas principales que enfrentan los radioenlaces y algunas alternativas para su solución.
41
CAPÍTULO 3. TECNOLOGIAS DE ACCESO INALAMBRICAS FIJAS
CAPÍTULO 3.
TECNOLOGIAS DE ACCESO INALAMBRICAS FIJAS
3.1 Introducción al capítulo.
A medida que la competencia en los mercados de las telecomunicaciones mundiales ha ido
en aumento, los operadores han buscado diversas maneras innovadoras de ganar espacio en
el mercado. El acceso inalámbrico fijo ha permitido que los nuevos operadores compitan
con más eficiencia contra la competencia establecida, sin tener que confiar para la disposición de los servicios, en las redes de acceso existentes. Esto ha ayudado a los nuevos operadores a reducir sus costos y, con un control mejor de su propia infraestructura, a ser más
flexibles en sus demandas y expectativas del servicio. Inicialmente, era suficiente con que
los operadores ofrecieran el teléfono y el ISDN en sus líneas de acceso, pero como los márgenes disponibles de los servicios telefónicos públicos han decaído debido a la gran competencia entre los abastecedores, ha habido un significativo aumento en la demanda para los
servicios de alta velocidad de los datos, particularmente para tener acceso a servicios de
Internet y de IP. Consecuentemente, el acceso inalámbrico de banda ancha ha emergido. La
mayoría de los operadores modernos de telecomunicaciones que están solicitando el espectro de radio están planeando ofrecer una lista de servicios de multimedia, voz y datos de
banda ancha, permitiendo así que funcionen servicios locales del lazo de la radio (WLL).
Como se dijo anteriormente, existen diversas tecnologías para ofrecer servicios utilizando
como soporte de transmisión el espacio radioeléctrico. Específicamente entre las tecnologías fijas más implementadas están: WLL, MMDS y LMDS.
3.2 Sistema WLL.
De manera general, WLL es un sistema basado en celdas que conecta a usuarios a la red
pública telefónica conmutada (PSTN, Public Switched Telephone Network) utilizando se42
CAPÍTULO 3. TECNOLOGIAS DE ACCESO INALAMBRICAS FIJAS
ñales de radio, sustituyendo al cableado de cobre entre la central y el abonado. Estos sistemas incluyen servicios de radio fijos, sistemas celulares fijos y sistemas de acceso inalámbricos.
Esta técnica es una buena alternativa a aplicar en países subdesarrollados teniendo en cuenta tanto su costo de instalación como de mantenimiento. Según la ITU, la demanda de WLL
en el mundo de 1997 al 2002 osciló cerca de los 856 millones de líneas, de las cuales, el
82% fueron en países subdesarrollados y el 18% restante en los países desarrollados.
Lo ideal es que este sistema opere en las bandas de 3,5 GHz y 26 GHz, aunque en nuestro
país opera en la banda de 2,4 GHz.
3.2.1 Evolución del WLL.
La utilización de la radio no es una novedad, ya que sus aplicaciones vienen utilizándose
desde hace mucho tiempo, tanto en entornos regulatorios y mercados muy diferentes al actual.
A principio de los años 80, el despliegue de los sistemas de acceso de radio fue inicialmente bastante marginal, limitándose solamente a satisfacer parte de los operadores establecidos.
A finales de los años 90, diversos factores incidieron en la evolución de las redes de acceso
de radio. Por una parte, la aparición de nuevas tecnologías de radio, por otra parte, un gran
esfuerzo de estandarización que ha permitido alcanzar las economías de escala suficientes
para reducir los precios de elementos tecnológicamente complejos, y por último, los movimientos desreguladores y liberalizadores han hecho surgir la competencia en el bucle local
[23,24].
3.2.2 Servicios que ofrece WLL.
Los servicios que pueden ser ofrecidos por un sistema WLL incluyen:
• Servicio de voz: PCM (Pulse Code Modulation) de 64 Kbps, ADPCM (PCM Adaptive
Differential) de 32 Kbps.
• Servicio de datos en banda de voz: 56 Kbps fax/módem.
• Servicios de datos: 155 Kbps (e.g. Internet).
43
CAPÍTULO 3. TECNOLOGIAS DE ACCESO INALAMBRICAS FIJAS
• Servicio ISDN: 144 Kbps (2B+D).
3.2.3 Tecnologías Inalámbricas de WLL.
La tecnología adecuada a emplearse en los sistemas WLL depende de un grupo de consideraciones respecto a las aplicaciones, tales como tamaño y densidad demográfica del área geográfica (rural y urbana), y de las necesidades básicas del servicio de cada suscriptor. De
hecho, hay muchas buenas razones por las que diferentes tecnologías inalámbricas servirán
para algunas aplicaciones mejor que otras.
WLL ha sido implementada mediante cinco categorías de tecnologías inalámbricas:
• Celular Analógico.
• Celular Digital.
• Red de Comunicaciones Personales (PCN)/Servicios de Comunicaciones Personales (PCS).
• Teléfonos Inalámbricos de Segunda Generación (CT-2)/Telecomunicaciones Inalámbricas
Digitales Europeas (DECT).
• Implementaciones propietarias.
Cada una de estas tecnologías tiene una mezcla de fuerzas y debilidades para las aplicaciones
de los sistemas WLL [25].
3.2.4 Principales aplicaciones de WLL.
Tales sistemas han sido implantados en economías emergentes, donde no existe acceso a
las redes públicas fijas. Diversos países en desarrollo como China, India, Brasil, Indonesia
y Venezuela han puesto en práctica esta tecnología como una manera eficiente de desplegar
servicios a millones de suscriptores, evitando los altos costos de trazar rutas de cable físico.
La Empresa de Telecomunicaciones de Cuba S.A. (ETECSA), para resolver el problema
del servicio telefónico en los lugares donde la planta exterior presenta situaciones críticas o
simplemente no existe, realizó diversas inversiones en la telefonía inalámbrica, sobre todo,
en zonas urbanas donde se ha realizado la digitalización de la central telefónica.
Estas inversiones han permitido solucionar parte de los problemas presentados, y a la vez
han logrado mantener el principio de heterogeneidad de la red de telecomunicaciones, me44
CAPÍTULO 3. TECNOLOGIAS DE ACCESO INALAMBRICAS FIJAS
diante la instalación de sistemas WLL y telefonía rural a lo largo de todo el país, con tecnología de fabricantes muy diferentes e incompatibles entre sí. Se hace referencia, principalmente, al sistema A9800 de ALCATEL, basado en tecnología estándar DECT (Digitally
Enhanced Cordless Telecommunication), al sistema MGW (Multigain Wireless), basado en
tecnología de espectro ensanchado CDMA y al sistema SR Telecom SR500 con tecnología
propietaria en la banda de 2 GHz.
Escoger una tecnología incompatible y con soluciones propietarias permite resolver el problema presentado en un momento determinado, pero puede ocasionar dificultades de interoperabilidad y escalabilidad en el futuro, así como conflictos al establecer una gestión centralizada de la red y los servicios.
A través de la ampliación de la zona de cobertura de la red GSM (Global System Mobile),
ETECSA puede resolver las necesidades de WLL y las de la telefonía rural en cualquier
lugar. Así, se concentrarán las inversiones inalámbricas hacia una tecnología muy estandarizada y probada a nivel mundial, con la que se puede mantener el principio de heterogeneidad de la red, pues las BSS (Base Station Subsystem) pueden ser de varios fabricantes, a
la vez que se asegura la interoperatividad. Además, una inversión en GSM está siempre
garantizada porque los operadores tienen la seguridad de que nunca caducará.
También hay que tener en cuenta que ETECSA ya tenía desplegada una red WLL y de telefonía rural con coberturas aisladas en el país, de la cual pueden utilizarse las zonas cubiertas por el sistema DECT, que abarca distintas localidades en Ciudad de La Habana, Santa
Clara, Cienfuegos y Granma, tanto en zonas urbanas como rurales, para incorporarlos a la
cobertura de GSM, y sacarle un mayor provecho a las inversiones realizadas.
La justificación teórica que permite la interconexión entre el sistema DECT y el GSM (figura 3.1) se comprueba por el hecho de que ambos sistemas cumplen con estándares basados en la arquitectura de interconexión para Sistemas Abiertos OSI (Open System Interconnection).
45
CAPÍTULO 3. TECNOLOGIAS DE ACCESO INALAMBRICAS FIJAS
Fig3.1 Sistema WLL en una red GSM.
Específicamente, en nuestra provincia de Villa Clara están instaladas dos tecnologías WLL
diferentes: el Sistema Inalámbrico Multiganancia Tadiran, MGW (Multigain Wireless), y el
A9800 de ALCATEL de alta y baja densidad [26].
Antes del año 2001 y con la llegada del programa de expansión y modernización de las
redes telefónicas por parte de ETECSA, toda la zona rural del Escambray presentaba una
crítica situación en cuanto a las comunicaciones telefónicas. Solo algunos asentamientos de
mayor densidad poblacional y de fácil acceso disfrutaban de este servicio, que era en ese
entonces de muy mala calidad. Estos servicios llegaban al abonado final por línea aérea
desde la central, expuestas, por tanto, a muchas averías; además de que el sistema era atendido por un centro de operadora muy obsoleto.
Actualmente, en la zona montañosa del Escambray (figura 3.2), se encuentra implementada
esta tecnología, específicamente el A9800 de ALCATEL, brindándole servicios a un gran
número de personas [27].
Pero esta tecnología ya es considerada una tecnología obsoleta, ya que su fabricante, el monopolio ALCATEL, no tiene pensado seguir elaborándola, por lo que se hace necesario una
sustitución de la misma y una reestructuración de estas zonas con otras tecnologías, sobre
todo tecnologías de banda ancha.
46
CAPÍTULO 3. TECNOLOGIAS DE ACCESO INALAMBRICAS FIJAS
Fig3.2) Esquema del sistema WLL en la zona del Escambray realizado en el año 2006.
3.3 Consideraciones para los servicios de Multimedia.
Para los servicios de banda ancha, tales como video-teléfono o video bajo demanda (VoD),
los sistemas WLL no son suficientes. Las limitaciones de capacidad del canal pueden ser
superadas migrando a las gamas de frecuencias más altas y aplicando los sistemas inalámbricos de banda ancha. De hecho, el concepto de WLL de banda ancha contiene también al
MMDS, al LMDS, el WATM (Wireless Asynchronous Transfer Mode) y el acceso basado
en los satélites.
3.4 Banda Ancha (Broadband).
El término banda ancha es bastante controvertido, ya que no existe hasta ahora una única
definición del mismo. A menudo se asocia la banda ancha con términos de velocidad de
transmisión o de un conjunto de servicios específicos.
La recomendación I.113 del Sector de Normalización de la ITU define un servicio o sistema de banda ancha como aquel que requiere canales de transmisión capaces de soportar
velocidades superiores a la velocidad de acceso primario ISDN, es decir, a velocidades mayores de 1,5 Mbps o 2 Mbps, pero hay quienes prefieren una definición cualitativa para la
banda ancha, que se centre más en aspectos subjetivos, que en la velocidad. Para considerar
una tecnología de banda ancha se debe cumplir con una serie de parámetros:
47
CAPÍTULO 3. TECNOLOGIAS DE ACCESO INALAMBRICAS FIJAS
• debe soportar las principales aplicaciones de multimedia.
• los usuarios las deben percibir rápida o con retardos no significativos.
• la conexión tiene que ser “always on” y la tarificación estar más en función del volumen
de datos transmitidos que del tiempo de conexión.
Las velocidades de transmisión suelen ser de centenares a millares de veces más rápidas
que las de los sistemas de banda estrecha [28].
3.4.1 Alternativas de redes de acceso de banda ancha.
• Fibras ópticas.
• DSL (Digital Subscriber Line, Línea de Abonado Digital).
• Cable-módem.
• Redes inalámbricas.
3.5 Sistema MMDS.
Los sistemas MMDS surgieron en los años 80 como una evolución de los sistemas MDS
(Microwave Distribution System), que constituyeron la primera explotación comercial en la
banda de 2 GHz para la distribución directa al abonado de una canal de televisión.
El MMDS es un sistema de acceso inalámbrico PMP, que opera en el rango de frecuencias
de 2 GHz a 11 GHz, principalmente en 2,5 GHz y 3,5 GHz; y brinda diversos servicios
como acceso a Internet, video y datos a altas velocidades. Este sistema, al igual que el
LMDS, es bidireccional y los paquetes de señales de audio, video y datos se codifican para
su protección, se multiplexan, se modulan, se amplifican y se trasladan a unas frecuencias
superiores que alimentan a los transmisores, donde se transmiten las señales mediante antenas muy directivas para su radiodifusión. Estos sistemas emplean OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) y su cobertura tiene un alcance de algunas decenas de Km
con velocidades de datos de hasta 10 Mbps
Las redes MMDS (figura 3.3) se caracterizan por el limitado número de canales disponibles
en las bandas asignadas para este servicio, sólo 200 MHz de espectro.
48
CAPÍTULO 3. TECNOLOGIAS DE ACCESO INALAMBRICAS FIJAS
Esta desventaja reduce el número efectivo de canales en un sistema MMDS. El uso principal de esta tecnología es la televisión restringida inalámbrica, competencia directa de las
compañías de televisión por cable. Como el ancho de banda de un canal de televisión es de
6 MHz, solamente 33 canales cabrían en el espectro asignado.
El rango de una antena de transmisión MMDS puede alcanzar los 50 Km, dependiendo de
la altura de la antena y de la potencia de radiodifusión. La potencia de transmisión varia
usualmente entre 1y 100 Watts, la cual es sustancialmente menor a los requerimientos de
potencia de las estaciones de televisión abierta de VHF y UHF.
La antena de recepción en el lado del usuario está condicionada para recibir señales con
polarización vertical u horizontal. Las señales de microondas son pasadas por un convertidor de frecuencias, el cual convierte las frecuencias de microondas a las frecuencias estándar de cable VHF y UHF, y pueda conectarse directamente al televisor.
Además, la señal a estas frecuencias se va a ver afectada por efectos “transparentes” a frecuencias inferiores, como es la gran pérdida de la señal producida al atravesar cualquier
objeto como montañas y árboles, siendo este el principal escollo a solucionar a la hora de
aplicar estos servicios, por lo que debe quedar despejada la primera zona de Fresnel. Por
ello, se precisa de LOS entre la antena transmisora y receptora [29,30,31].
Fig3.3) Esquema del sistema MMDS.
49
CAPÍTULO 3. TECNOLOGIAS DE ACCESO INALAMBRICAS FIJAS
3.6 Sistema LMDS.
El LMDS es un sistema de acceso inalámbrico PMP, capaz de proveer servicios [00] de
voz, datos, video y acceso a Internet. Surgió para contrarrestar las limitantes de ancho de
banda de los sistemas MMDS. Opera en las bandas de frecuencias de 26 GHz a 28 GHz, 32
GHz y 40 GHz; y provee enlaces de banda ancha (como mínimo un E1/T1) en ambos sentidos a múltiples abonados de una misma zona geográfica, los que acceden a la misma plataforma de radio utilizando métodos de multiplexación.
En muchos países, el sistema LMDS, que a menudo lo nombran LMCS (Local Multipoint
Communications System), se considera un fuerte candidato a los servicios de banda ancha
de nueva generación de sistemas WLL (B-WLL).
En comparación con las tecnologías basadas en cable, los sistemas LMDS (figura 3.4) se
pueden instalar muy rápidamente, al tiempo que la naturaleza modular de su arquitectura
permite una ampliación progresiva en función de las necesidades y del aumento de la cuota
de mercado.
El sistema LMDS se compone de dos capas: la capa de transporte físico y la capa de servicio. La capa de transporte físico incluye la plataforma radio y las plataformas de conmutación de paquete/circuito. La plataforma de radio consta de dos elementos: las estaciones
bases o hubs y los equipos terminales.
Este sistema además, emplea diversas técnicas de modulación como BPSK, QPSK, 4QAM, 16-QAM y 64-QAM.
Actualmente, las redes LMDS se basan en plataformas IP o ATM (Asynchronous Transfer
Mode, Modo de Transferencia Asincrónica de Información).
A la estandarización del LMDS contribuyen diversas organizaciones como son el FORUM
ATM, el Digital Audio Video Council (DAVIC), la ETSI (European Telecommunication
Standarts Institute), la IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) y la ITU.
En el 2002 se publicaron dos estándares para las redes LMDS: el IEEE 802.16 WirelessMAN y el HiperAccess desarrollado por ETSI. Estos estándares han dado un nuevo impulso al desarrollo y despliegue de esta tecnología [32, 33,34].
50
CAPÍTULO 3. TECNOLOGIAS DE ACCESO INALAMBRICAS FIJAS
También, estos sistemas precisan de una buena LOS por lo que hay que cuidar de despejar
la zona de Fresnel en un 80%.
Fig3.4 Esquema del sistema LMDS.
Tanto los sistemas LMDS como los MMDS surgieron para facilitar el despliegue de las
redes de los operadores de cable y permitir servicios digitales bidireccionales de video y
datos en las bandas elevadas de microondas.
3.6.1 El caso de Cuba para LMDS.
En estos momentos, la demanda de acceso de banda ancha no es tan significativa, pero se
espera que en los próximos años se incremente notablemente, ya que el desarrollo socioeconómico del país y el proceso de informatización de la sociedad cubana demandarán accesos a velocidades mayores que las actuales.
Tal vez para Cuba en estos momentos podría ser más conveniente la implementación de
sistemas LMDS propietarios de no muy altas velocidades, digamos de hasta 4 Mbps, pero
hay que tener en cuenta que en el tiempo de vida útil de estos sistemas (10-15 años) la demanda del ancho de banda podría superar las prestaciones de estos sistemas, por lo que el
51
CAPÍTULO 3. TECNOLOGIAS DE ACCESO INALAMBRICAS FIJAS
despliegue por parte de ETECSA de estos sistemas estandarizados podría ser una alternativa para el desarrollo e implementación de redes de acceso de banda ancha en Cuba.
3.7 WipLL (Wireless Internet Protocol Local Loop).
Los sistemas WipLL están considerados sistemas con una concepción más avanzada, aunque esto no quiera decir que sean los más eficientes desde el punto de vista económico.
Están apareciendo sistemas de radio que solo transmiten paquetes. Un ejemplo de esto es el
sistema WipLL. Este sistema es también conocido como IP (Protocolo Internet) basado en
los sistemas FWA de banda ancha.
Las tecnologías WipLL disponibles ofrecen un concepto que se ha establecido en la tendencia mundial, es decir, la infraestructura de redes inalámbricas IP puras, con mayor flexibilidad y cobertura. WipLL no se trata de una tecnología estandarizada, sino que es la entrega de servicios de telecomunicaciones a través del protocolo IP a los usuarios de forma
inalámbrica; es decir, la telefonía IP llega a los usuarios de manera inalámbrica.
WipLL es la mezcla de dos tecnologías que actualmente están logrando un dominio en la
industria de las telecomunicaciones (telefonía IP y redes WLL). Trabaja en las bandas de
2,4 GHz y 3,5 GHz (figura 3.5). Soporta una calidad de voz comparable con la de telefonía
cableada, y el área de cobertura puede alcanzar los 25 Km en sectores con alta densidad de
terminales instalados; para el caso de telefonía pública, esta cobertura puede alcanzar hasta
30 Km. Generalmente, estos sistemas se basan en FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) como método de acceso de radio.
WipLL es una red inalámbrica punto a multipunto, basada en tecnologías IP de alta capacidad (4 Mbps). Además, puede transportar voz, video y datos con una simple plataforma
sobre un área metropolitana; soportando calidad de servicio (QoS) y ancho de banda por
demanda (BoD). Además, tiene una utilización muy alta del espectro y una capacidad de
hacer funcionar a muchas radios en una localización.
La infraestructura que soporta esta tecnología, comparada con otras redes, es económica,
rápida de instalar, más flexible, permite escalabilidad y representa una solución bastante
competitiva, solucionando la necesidad de comunicación con acceso inalámbrico [35].
52
CAPÍTULO 3. TECNOLOGIAS DE ACCESO INALAMBRICAS FIJAS
Esta tecnología se recomienda implementar para acceder a sectores rurales y urbanos marginales y en donde no existan redes cableadas; cuando se tiene distancias largas entre poblaciones y localidades que se desean interconectar, en los que no se justificaría tender una
red física.
Fig3.5) Relación entre el sub-canal, el canal de RF y las bandas asignadas.
3.8 Zonas de aplicación de las tecnologías inalámbricas fijas.
Las tecnologías inalámbricas fijas pueden ser implementadas en varias zonas geográficas,
tanto en países desarrollados como en vías de desarrollo, teniendo en cuenta su aplicación y
utilidad y las potencialidades que brinda.
3.8.1 Países en vías de desarrollo.
En muchos países y/o regiones en desarrollo, las infraestructuras para los servicios telefónicos básicos siguen siendo insuficientes. Por consiguiente, muchas poblaciones en estas
áreas aún no han sido beneficiadas con RTPC. Esto reduce la oportunidad para que la gente
adquiera información y profundiza más el problema de la desigualdad en el acceso a la información.
La principal aplicación estará en áreas urbanas y suburbanas, con foco tanto en el mercado
residencial como de empresas. La baja penetración de las infraestructuras cableadas, así
como la baja calidad de las líneas de comunicaciones analógicas, hacen difícil el despliegue
masivo de tecnologías de banda ancha. La posibilidad de despliegue de servicios de acceso
a Internet y multimedia, hará que las tecnologías inalámbricas fijas desplacen a tecnologías
alternativas de WLL de banda estrecha.
53
CAPÍTULO 3. TECNOLOGIAS DE ACCESO INALAMBRICAS FIJAS
3.8.2 Países desarrollados.
Los sistemas inalámbricos fijos permitirán la cobertura de banda ancha en zonas rurales,
donde la dispersión de la población y las dificultades en el despliegue de una infraestructura
cableada hacen que actualmente los operadores no encuentren una rentabilidad suficiente
que justifique la inversión con los medios tradicionales.
La aplicación de estas técnicas se centrará en el mercado residencial y en los servicios de
acceso a Internet y multimedia. Los operadores fijos tendrán a su alcance una tecnología
alternativa para ofrecer acceso inalámbrico en banda ancha.
3.9 Consideraciones.
Los sistemas de acceso inalámbrico fijo constituyen una alternativa tentadora para los operadores de telecomunicaciones. Antiguamente, los enlaces de radio se veían limitados por el
ancho de banda y los servicios que podían ofrecer, sin embargo, en la actualidad existe una
variedad de tecnologías que permiten la integración de múltiples servicios utilizando como
soporte el espacio radioeléctrico. Independientemente del incipiente desarrollo de las redes
de telecomunicaciones en Cuba, nuestro país no puede estar ajeno al constante desarrollo
mundial, por lo que se debe, de acuerdo a nuestras posibilidades, hacer un uso eficiente de
estas técnicas.
54
CONCLUSIONES
CONCLUSIONES
En este trabajo se realizó una caracterización de los principales sistemas de acceso inalámbricos fijos, tanto de banda estrecha como de banda ancha por lo que se arriba a las siguientes conclusiones:
1. Los sistemas de acceso inalámbrico fijo constituyen una alternativa para establecer enlaces de última milla en lugares donde la planta exterior es prohibitiva.
2. Al ser enlaces de radio, estos sistemas sufren pérdidas con las variabilidades del
clima y del entorno, sin embargo como los terminales son fijos o tienen una movilidad muy restringida, un diseño adecuado puede garantizar estabilidad en el
radioenlace, de manera que la calidad de los servicios sea similar a la ofrecida
con un medio cableado.
3. Los sistemas de acceso inalámbricos fijos se presentan como una novedosa tecnología que puede soportar incluso aplicaciones de banda ancha, por lo que se
convierten en una solución muy ventajosa y confiable.
4. Estas tecnologías se convierten en una alternativa económica y posible para contribuir al desarrollo de las redes inalámbricas en Cuba, tanto para zonas carentes
de servicios de telecomunicaciones como para el acceso a Internet.
55
RECOMENDACIONES
RECOMENDACIONES
A partir del desarrollo de este trabajo investigativo, se recomienda:
1. A investigadores, especialistas y diseñadores, seguir de cerca la evolución de estas técnicas y las utilidades que brinda, debido al escenario favorable que presentan estas tecnologías.
2. Implementar estas tecnologías inalámbricas en nuestro país, principalmente para
zonas de difícil acceso a las comunicaciones.
3. Desarrollar futuros trabajos que den continuidad al presente, encaminados a profundizar en los aspectos más críticos sobre la implementación de estas técnicas y
los servicios que pueden ofrecer.
4. Incorporar el estudio de estas tecnologías inalámbricas
56
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60
ANEXOS
Anexo I: Sistema de Primera Generación de WLL.
Anexo II: Resumen de alcances y capacidades.
61
Anexo III: Banda de Frecuencia de 3,5 GHz: Caso Perú.
Anexo IV
Usuarios
Servicios
Soluciones
Áreas rurales país en Servicio de voz
desarrollo sin RTPC
FWA
Áreas rurales países en Servicio de voz/datos/fax
desarrollo con RTPC
FWA
FWC
VSAT
Áreas rurales
desarrollados
países Servicio de voz/datos/fax
FWA
Internet
FWC
TV
VSAT
ISAT
Residencial básico
Residencial alto
Servicio de voz
FWA
Internet
FWC
TV
MMDS
Servicio de voz
FWA
Internet
FWC
TV
MMDS
Multimedia
SOHO
Servicio de voz/datos
FWA
Internet
FWC
LDMS
Empresas medianas o Servicio de voz/datos
pequeñas
Internet
LMDS
ISAT
62
Video
VSAT
LAN
Grandes Empresas
Servicio de voz/datos
LMDS
Internet
ISAT
Video
VSAT
LAN
BWA
TV
WMAN
63
GLOSARIO DE ACRONIMOS
ADPCM (Pulse Code Modulation Adaptive Differential).
ATM (Asynchronous Transfer Mode, Modo de Transferencia Asincrónico).
ATPC (Automatic Transmit Power Control, Control Automático de Transmisión de Potencia).
BER (Bit Error Rate, Razón de Errores de Bit).
BoD (Bandwide of Demand, Ancho de banda por Demanda).
BPSK (Binary Phase Shift Keying, Modulación por Desplazamiento de Fase Binaria.).
BSC (Base Station Checks, Controlador de Estación Base).
BTS (Base Transmiter-Receiver System, Sistema Estación Base Transmisor-Receptor).
BWA (Broadband Wireless Access, Acceso Inalámbrico de Banda Ancha).
B-WLL (Broadband Wireless Local Loop, Bucle Local Inalámbrico de Banda Ancha).
C/N (Relación Carrier/Noise).
CATV (Televisión por Cable).
CDMA (Code Division Multiple Access, Acceso Múltiple por División de Código).
CT-2 (Teléfonos Inalámbricos de Segunda Generación).
DAVIC (Digital Audio Video Council, Consorcio Digital Audio-Video).
DECT (Digitally Enhanced Cordless Telecommunication, Telecomunicaciones Inalámbricas
Digitales Europeas).
DMT (Discreet Multitone Modulation, Modulación por Multitono Discreto).
DSL (Digital Subscriber Line, Línea de Abonado Digital).
DS-SSMA (Direct Sequence-Spread Spectrum Multiple Access).
EHF (Extra High Frequency, Frecuencia Extra Grande).
ETECSA (Empresa de Telecomunicaciones de Cuba S.A).
ETSI (European Telecommunication Standard Institute, Instituto de Estándares de Telecomuni-
caciones Europeo).
64
GLOSARIO DE ACRONIMOS
FDMA (Frequency Division Multiple Access, Acceso Múltiple por División de Frecuencia).
FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum).
FRA (Fixed Radio Access, Acceso de Radio Fijo).
FSU (Fixed Subscriptor Unit, Unidad del Suscriptor Fija).
FWA (Fixed Wireless Access, Acceso Inalámbrico Fijo).
FWC (Fixed Wireless Cellular).
FWNIU (Fixed Wireless Network Interface Unit, Unidad de Interfaz de Red Inalámbrica Fija).
GSM (Global System for Mobile Communications, Sistema Global para Comunicaciones
Móviles).
HF (High Frequency, Frecuencias Altas).
IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers, Instituto de Ingenieros Eléctricos y Elec-
trónicos).
IP (Internet Protocol, Protocolo de Internet)
ISAT (Internet Satellite Access Terminal).
ISDN (Integrated Services Digital Network, Red Digital de Servicios Integrados).
ISI (Inter-Symbol Interference, Interferencia Intersímbolo).
ITU (International Telecommunication Union, Unión Internacional de Telecomunicaciones).
ITU-R (International Telecommunication Union – Recommendation, Recomendación de la
Unión Internacional de Telecomunicaciones).
LMDS (Local Multipoint Distribution System, Sistemas de Distribución Local Multipunto).
LOS (Line of Sight, Línea de la Visual).
LOS-Checks (Controlador de Línea de la Visual).
MF (Middle Frequency, Frecuencias Medias).
MGW (Multigain Wireless, Sistema Inalámbrico Multiganancia).
65
GLOSARIO DE ACRONIMOS
MMDS (Multichannel Multipoint Distribution System, Sistemas de Distribución Local Multi-
punto Multicanal o por Microondas).
MW (Medium Wave, Onda Media).
NLOS (Non Line of Sight, No Línea de la Visual).
OFDM (Orthogonal Frequency Division Mulitplexing, Multiplexación por División de Frecuen-
cias Ortogonales).
OLOS (Obstructed-Line of Sight, Línea de la Visual Obstruida).
PCM (Pulse Code Modulation).
PCN (Personal Communications Network, Red de Comunicaciones Personales).
PCS (Personal Communications Services, Servicios de Comunicaciones Personales).
PMP (Point to Multipoint, Punto a Multipunto).
PSTN (Public Switched Telephone Network, Red Pública de Telefonía Conmutada).
PTP (Point to Point, Punto a Punto).
QAM (Quadrature Amplitude Modulation, Modulación de Amplitud en Cuadratura).
QoS (Quality of Service, Calidad de Servicio).
QPSK (Quadrature Phase Shift Keying, Modulación por Desplazamiento de Fase).
RBS (Radio Base Station, Estación Base de Radio).
RF (Radio Frequency, RadioFrecuencia).
RITL (Radio in the Loop, Radio en el lazo).
RPCU (unidad de control de puerto de radio).
RSU (Unidad de Radio del Suscriptor).
RTU (unidad transmisor-receptor de radio).
S/N (Signal/Noise, Relación Señal a Ruido).
SHF (Super High Frequency, Frecuencias Super Altas).
TDMA (Time Division Multiple Access, Acceso Múltiple por División de Tiempo).
66
GLOSARIO DE ACRONIMOS
TNU (Transcoder Network Unit, Unidad del interfaz entre el transcodificador y la red).
TRAC (Telefonía Rural de Acceso Celular).
UHF (Ultra High Frequency, Frecuencias Ultra Grandes).
VHF (Very High Frequency, Frecuencias muy Elevadas).
VoD (Video of Demand, Video bajo Demanda).
VSAT (Very Small Aperture Terminal, Terminal de Abertura muy Pequeña).
WAFU (Wireless Access Fixed Unit, Unidad Fija de Acceso Inalámbrico).
WATM (Wireless Asynchronous Transfer Mode, Modo Inalámbrico de Transferencia Asincró-
nico).
WipLL (Wireless Internet Protocol Local Loop, IP Inalámbrico).
WLL (Wireless Local Loop, Bucle Local Inalámbrico).
WMAN (Wireless Metropolitan Area Network, Redes Inalámbricas de Área Metropolitana).
67