¿Cuáles son los retos que plantean los servicios de

La evolución de la radio UMTS.
Eduardo Alonso Frech
Tecnologías
¿Cuáles son los retos que plantean los servicios de transmisión de datos a la tecnología móvil? ¿Qué
futuro espera al UMTS? Este artículo resuelve estos y otros interrogantes.
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Hasta ahora las características de la interfaz radio del UMTS, si bien han supuesto un gran avance
respecto a las que proporcionaba el GSM sobre todo en lo que respecta a la transferencia de datos, todavía
resultan un poco limitadas cuando se utilizan aplicaciones que requieren transferencias de información a
muy alta velocidad o cuando coinciden muchos usuarios de aplicaciones 3G en un área reducida. Esto es
especialmente cierto en comparación con el acceso fijo, que en los últimos años ha ido aumentando su
capacidad rápidamente gracias a la tecnología xDSL.
Dado que las aplicaciones de datos se descargan mayoritariamente desde la red al terminal, en el estándar
del 3GPP, la versión 5 del WCDMA introduce el HSDPA ( High-Speed Downlink Packet Access ) como
primer paso en la evolución de la interfaz radio, permitiendo alcanzar velocidades de transmisión de datos
muy superiores a las actuales en el enlace descendente. Esta funcionalidad ya está disponible y se está
desplegando actualmente en la red de Telefónica Móviles España. A continuación, en la versión 6,
aparece el HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access ) que permite algo similar en el canal ascendente.
Pero la evolución de la radio no termina aquí: el 3GPP [1] está trabajando en la especificación técnica de
lo que se denomina LTE ( Long Term Evolution ) que pretende garantizar la competitividad de la
tecnología 3G en el largo plazo frente a cualquier otra tecnología móvil.
En este artículo se describen brevemente las principales características técnicas de esta evolución y los
beneficios que aportarán a los usuarios. Servicios móviles de datos
En los últimos años hemos visto cómo han evolucionado las posibilidades de ofrecer servicios móviles de
transmisión de datos. El primer paso se dio con la introducción del GPRS en el GSM, donde aparece la
posibilidad de transferir los datos en forma de paquetes en vez de utilizar un circuito dedicado durante
toda la comunicación (modo circuito). El siguiente avance se da con la llegada del UMTS que al
incorporar un subsistema de radio más avanzado permite unas mayores velocidades de transmisión.
Hay dos características fundamentales en la percepción de la calidad de los servicios móviles que usan la
transmisión de datos: la velocidad de transmisión y el retardo. Hasta ahora la tecnología utilizada en la
interfaz radio no permitía ofrecer unas velocidades de transferencia de datos suficientes para que
resultaran adecuadas muchas de las aplicaciones posibles. Así, con la introducción del UMTS se pasó de
una velocidad de descarga de 171 kbit/s teóricos, del GPRS (que en la práctica se quedaban en unos 40/80
kbit/s) a los 384 kbit/s (que en la práctica se quedan en unos 128/240 kbit/s). Con el HSDPA esta
velocidad aumenta hasta un máximo teórico de 14 Mbit/s (que en condiciones usuales suponen unos 3 ó 4
Mbit/s), pudiéndose hablar ya de aplicaciones de alta velocidad en movilidad.
En lo que respecta al retardo, los usuarios de servicios basados en conmutación de circuitos tienen
asegurada la respuesta de la red. Así, la calidad de una llamada de voz o de una videollamada puede
medirse en términos del número de errores en la transmisión del flujo de datos correspondiente, producido
por las condiciones de la propagación de la radio para el usuario. Sin embargo, el usuario que se descarga
una página web o un video-clip mediante conmutación de paquetes de datos, percibe la calidad del
servicio en términos del retardo experimentado desde que comienza la descarga hasta que puede
visualizar dicha página o video-clip en su terminal. Con HSDPA, los retardos experimentados en 2G, que
eran del orden de 200 ms, pasan a ser de unos 50-70 ms. Características de la tecnología HSDPA
La tecnología HSDPA consigue esta mejora gracias a una serie de técnicas empleadas en la interfaz radio,
como son:
Transmisión en canal compartido. Se introduce un nuevo canal de transporte en el enlace descendente
denominado HS-DSCH ( High-Speed Downlink Shared Channel ). Con ello los usuarios comparten una
serie de recursos utilizados por la radio (como los códigos de canal y la potencia) de forma dinámica en el
tiempo con lo que se consigue una mayor eficiencia. Asimismo, los intervalos utilizados para cada
transmisión son más cortos (2 ms).
Adaptación rápida del enlace. La velocidad de transmisión de datos varía de forma rápida según las
condiciones del canal de radio. Este método es más eficiente, para los servicios que pueden tolerar este
tipo de variaciones en periodos muy cortos, que compensar las degradaciones de la radio aumentando la
potencia de la señal (que es lo que se hacía hasta ahora). Ver Figura 1.
Retransmisiones rápidas. Los datos que se reciben de forma errónea, debido a las condiciones de
propagación, se solicitan de nuevo al transmisor para su corrección.
Programación rápida de transmisiones ( fast scheduling ). Según las condiciones radioeléctricas en las que
se encuentra cada usuario, en cada momento se programa el orden en que debe transmitir cada uno. Con
ello, se consigue un uso más eficiente de los recursos compartidos.
También, si las condiciones de propagación de las ondas de radio lo permiten, puede utilizarse, como
complemento, la modulación 16QAM que es más eficiente que la normalmente empleada QPSK. Con
estas técnicas se consiguen básicamente las siguientes mejoras:
Aumento de la velocidad de descarga, con lo que se mejora la percepción del servicio por los usuarios.
Ver Figura 2.
Menores retardos. La respuesta de la red es más rápida por lo que la percepción de muchos servicios
(como web browsing ) es mejor y es posible introducir servicios de tipo interactivo (como juegos en
tiempo real en red).
Aumento de la capacidad del sistema. Por lo que se evitan problemas de congestiones en determinadas
circunstancias.
Todas estas mejoras suponen una serie de cambios en el sistema: Por un lado el terminal actual deberá
sustituirse por uno que incorpore las capacidades HSDPA. Básicamente, al tratarse de servicios de datos,
los terminales serán tarjetas PCMCIA para PCs portátiles. Los cambios en la red son fundamentalmente
de software en los nodos de radio (nodos-B y RNC) y del aumento de la capacidad y potencia de
procesado para incrementar la capacidad total del sistema.
Telefónica Móviles España, después de ser uno de los primeros operadores en el mundo en realizar
pruebas con HSDPA, ha comenzado desde hace unos meses el despliegue de esta funcionalidad en su red.
La velocidad de transmisión dependerá del tipo de terminal utilizado. El HSUPA
Así como el HSDPA mejora la percepción del cliente para los servicios de datos que hacen uso de las
descargas desde la red al terminal, el HSUPA hace lo propio con el envío de datos desde el terminal hacia
la red. En este momento, la combinación del HSDPA con el HSUPA se denomina HSPA ( High Speed
Packet Access ). Esto es útil para usuarios que envían ficheros multimedia directamente a otros, para
aquellos que deben enviar grandes cantidades de información (con imágenes o videos) en tiempo real,
como los periodistas, etc. Asimismo, el retardo global del sistema se reduce también mejorando la
percepción del usuario de los servicios de datos.
Los mecanismos que hacen posible el HSUPA son semejantes a los descritos para HSDPA. Con ello, se
consigue pasar de los 384 kbit/s a los 5.76 Mbit/s (máximo teórico posible). El HSUPA estará disponible
comercialmente en la segunda mitad del 2007. LTE: La evolución a largo plazo
El 3GPP está trabajando ya en la definición técnica del sistema que sustituirá al actual UMTS y que sea
capaz de satisfacer las crecientes necesidades de los usuarios y las redes, es lo que se conoce como LTE.
En principio, si bien se encuentra en una fase inicial, se asume que estará basado en el uso de protocolos
IP y, por tanto, soportado en el dominio de conmutación de paquetes. El calendario previsto supone
disponer de las especificaciones en el 2008, realizar las primeras pruebas en el 2009 y permitir los
primeros despliegues comerciales en el 2010. Los principales objetivos que se imponen a la radio de este
nuevo sistema son:
Mayor velocidad de transmisión. Se pretende llegar a los 100 Mbit/s en descarga y a los 50 Mbit/s en
transferencias del terminal a la red.
Menor retardo. Conseguir un retardo total menor de 10 ms y unos tiempos iniciales de establecimiento de
la comunicación, inferiores a 100 ms. Mayor eficiencia espectral. Se espera una eficiencia 3 veces mejor
que la del HSPA.
Mejoras para los servicios de difusión ( broadcast ). Para permitir servicios de radiodifusión y mobile-TV
en tiempo real, sin problemas de capacidad o calidad a todos los usuarios.
Flexibilidad espectral. Posibilitando el disponer de anchos de banda variables según el servicio y el uso de
diferentes bandas de frecuencia según los diversos condicionantes (por ejemplo uso de bandas de
frecuencias más bajas para entonos rurales, para conseguir mayores alcances).
Para conseguir estos exigentes objetivos se están planteando arquitecturas de red que tienden a simplificar
al máximo la jerarquía, hablándose de estructuras planas. En estas arquitecturas, la radio cobra un gran
protagonismo ya que debe asumir funciones actualmente distribuidas en otras plataformas. Ver Figura 3.
Conclusión.
En su avance, la Sociedad de la Información implica cada vez más a todos los actores. Las nuevas
necesidades de transferencia de información van más allá de 'en cualquier momento y desde cualquier
sitio' requiriendo de la tecnología móvil que además ofrezca 'alta velocidad y bajos retardos' en sus
servicios de transmisión de datos. Como se ha expuesto, se está trabajando en todos los frentes para que la
percepción de la calidad de los servicios sea óptima. Así, después de la evolución desde GSM a UMTS,
se está preparando el siguiente paso, la LTE, la evolución a largo plazo.
Autor: Eduardo Alonso Frech. Telefónica Móviles.
[1] 3GPP (3rd Generation Partnership Project) es un acuerdo de colaboración establecido en Diciembre
de 1998, cooperación entre ETSI (Europa), ARIB/TTC (Japón), CCSA (China), ATIS (Norte America)
and TTA (Korea del Sur), para elaborar especificaciones técnicas globalmente aplicables para los
sistemas de telefonía móvil de tercera generación (3G). 3GPP lleva a cabo los estandares de UMTS
como la respuesta europea a los requisitos IMT-2000 de la UIT para los sistemas radio celulares 3G.
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