universidad de chile facultad de ciencias físicas y matemáticas

UNIVERSIDAD DE CHILE
FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
DESCARGA DE DATOS A ALTA VELOCIDAD
CON HSDPA SOBRE UMTS
MEMORIA PARA OPTAR AL TÍTULO DE INGENIERO CÍVIL ELÉCTRICO
PABLO FELIPE GOFFARD MOLINA
PROFESOR GUÍA:
Sr. PATRICIO VALENZUELA CANO.
MIEMBROS DE LA COMISIÓN:
Sr. HELMUTH THIEMER W.
Sr. JOSÉ MIGUEL TORRES T.
SANTIAGO DE CHILE
ENERO 2007
UNIVERSIDAD DE CHILE
FACULTAD DE CIENCIAS FÍSICAS Y MATEMÁTICAS
DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELÉCTRICA
DESCARGA DE DATOS A ALTA VELOCIDAD
CON HSDPA SOBRE UMTS
PABLO FELIPE GOFFARD MOLINA
COMISIÓN EXAMINADORA
CALIFICACIONES
NOTA (nº)
(Letras)
FIRMA
:
…………
……………………
……………
PROFESOR CO-GUÍA
SR. HELMUTH THIEMER WILCKENS
:
…………
……………………
……………
PROFESOR INTEGRANTE
SR. JOSÉ MIGUEL TORRES TORAL
:
…………
……………………
……………
NOTA FINAL EXAMEN DE TÍTULO
:
…………
……………………
……………
PROFESOR GUÍA
SR. PATRICIO VALENZUELA CANO
MEMORIA PARA OPTAR AL TÍTULO DE
INGENIERO CIVIL ELECTRICISTA
SANTIAGO DE CHILE
ENERO 2007
RESUMEN DE LA MEMORIA
PARA OPTAR AL TÍTULO DE
INGENIERO CIVIL ELECTRICISTA
POR: PABLO GOFFARD M.
FECHA: 10/01/2007
PROF. GUÍA: Sr. PATRICIO VALENZUELA
“DESCARGA DE DATOS A ALTA VELOCIDAD CON HSDPA
SOBRE UMTS”
El objetivo general del presente trabajo de título es estudiar la tecnología de tercera
generación de telefonía móvil, HSDPA, tanto en un contexto técnico como en sus implicancias
sobre los usuarios, y en particular, sobre el mercado chileno, para analizar su ingreso a éste.
La tecnología que predomina actualmente en las redes de telefonía móvil en Chile y en el
mundo es GSM, tecnología de segunda generación, o 2G, que ha sido un gran impulsor del rápido
crecimiento de este mercado. Y junto con un crecimiento en el número de usuarios, también se
crean nuevos servicios, y se hace necesaria una nueva tecnología que permita tasas de
transferencia de datos suficientes para, entre otras cosas, la videotelefonía o la navegación en
Internet a velocidades comparables con accesos fijos de banda ancha. UMTS marca la evolución
de GSM hacia la tercera generación, también llamada 3G, y ya es usada por cerca de cien
millones de usuarios alrededor del mundo.
Por estas razones se comienza con un breve estudio de las redes GSM, para luego pasar a
UMTS, en cuanto a su arquitectura de red y en cuanto a su interfaz aérea. El estudio de la
arquitectura resulta importante para entender los cambios que significa actualizar una red GSM a
UMTS. La interfaz aérea toma importancia al pasar al estudio de HSDPA.
HSDPA permite aumentar considerablemente la velocidad de transmisión de datos en el
enlace descendente con respecto a la primera versión de UMTS. Se estudian los mecanismos que
llevan a lograr este aumento, los cuales se concentran en la interfaz aérea de UMTS.
Comprendido esto, se revisan los servicios que marcan la diferencia entre las tecnologías de
segunda generación y UMTS/HSDPA, y cómo las características de esta última hacen posible su
prestación.
Para analizar el ingreso y desarrollo de la tercera generación en Chile, se estudia la
situación actual del mercado nacional, con ya más de 12 millones de usuarios, una gran variedad
de servicios, y la reciente incorporación de HSDPA como solución de conectividad a Internet
para clientes de ENTEL PCS. A su vez, a modo de antecedentes, se revisa la evolución de los
operadores de GSM a nivel mundial que ya han migrado a tecnologías de tercera generación.
Se concluye que la tercera generación es el camino que seguirán todos los operadores
nacionales en el futuro, y que la tecnología UMTS/HSDPA será la encargada de proveer los
servicios que motivarán a los usuarios a adoptar esta nueva alternativa de conexión.
A mi familia
AGRADECIMIENTOS
Si a alguien debo agradecer luego de todo este tiempo es a mi familia, por su constante,
como decirlo en sólo una palabra, presencia. A mi madre y a mi hermano Julio, que han sido
fundamentales en el día a día. También tengo que agradecer a mi padre, que sólo alcanzó a
verme entrar a eléctrica, pero que su forma de enfrentar la vida ha marcado el rumbo en la mía.
Gracias por todo lo enseñado.
Le agradezco también a mi tía Toyi y al tío Julio, así como a Julio, Loreto, Marisol y
Rodrigo, por todo el apoyo brindado. Y por la nueva alegría que ha traído, también mis
agradecimientos se extienden a Vicente. Y por su puesto, en el otro extremo, a Ernesto, que no
dejará de sorprendernos.
También me es natural darle las gracias a mis compañeros, que no imagino cómo habría
llegado a esta instancia sin su ayuda. A mis compañeros de primer año, a mis compañeros de
eléctrica, a la gente del Laboratorio de Telecomunicaciones, y en particular, a Jaime y Marco,
con quienes compartimos en lo académico y lo externo a lo largo todos estos años.
Además, le quiero dar las gracias a Alejandra que, de una u otra forma, vino a arreglar
mi vida.
Pero definitivamente esta memoria no existiría si no fuera por mi profesor, Patricio
Valenzuela, a quien agradezco su disposición, sus conocimientos compartidos, y por permitirme
realizar este trabajo.
ÍNDICE DE CONTENIDO
Introducción..................................................................................................................................... 1
1. Redes GSM/GPRS/EDGE........................................................................................................... 4
1.1. GSM...................................................................................................................................... 4
1.2. GPRS .................................................................................................................................... 5
1.3. EDGE.................................................................................................................................... 6
2. Redes UMTS ............................................................................................................................... 7
2.1. Arquitectura de una Red UMTS........................................................................................... 7
2.1.1. User Equipment ............................................................................................................. 9
2.1.2. Access Network........................................................................................................... 10
2.1.3. Core Network .............................................................................................................. 10
2.1.4. IMS: IP Multimedia Subsystem .................................................................................. 12
2.2. Interfaz radioeléctrica en UMTS ........................................................................................ 14
2.2.1. Técnica de acceso WCDMA ....................................................................................... 14
2.2.2. Duplexión .................................................................................................................... 14
2.2.3. Bandas de frecuencia ................................................................................................... 15
2.2.4. Codificación de Canal, Interleaving y Rate Matching ................................................ 15
2.2.5. Modulación, Spreading y Scrambling ......................................................................... 17
2.2.6. Control de Potencia ..................................................................................................... 19
2.3. Ventajas de UMTS ............................................................................................................. 19
3. High Speed Downlink Packet Access (HSDPA)....................................................................... 21
3.1. Nuevas Técnicas para HSDPA ........................................................................................... 21
3.1.1. Adaptive Modulation and Coding (AMC) .................................................................. 21
3.1.2. Operación Multi-Código ............................................................................................. 23
3.1.3. Hybrid ARQ ................................................................................................................ 24
3.1.4. Programación Rápida .................................................................................................. 26
3.2. Terminales .......................................................................................................................... 27
3.3. Servicios con HSDPA ........................................................................................................ 28
3.3.1. Diferenciación de Calidad de Servicio (QoS) en UMTS. ........................................... 28
3.3.2. Streaming de Video ..................................................................................................... 30
3.3.3. Videotelefonía ............................................................................................................. 31
iv
3.3.4. Mensajería Multimedia (MMS)................................................................................... 32
3.3.5. Internet......................................................................................................................... 32
3.3.6. Descarga de Contenidos .............................................................................................. 34
3.3.7. Juegos en Línea ........................................................................................................... 34
3.4. HSDPA Rel-7 ..................................................................................................................... 35
3.4.1. MIMO para HSDPA.................................................................................................... 35
3.5. Más Allá de HSDPA........................................................................................................... 36
3.5.1. E-DCH ......................................................................................................................... 37
3.5.2. LTE.............................................................................................................................. 37
3.5.3. SAE.............................................................................................................................. 38
3.5.4. Evolución de HSPA (HSPA+)..................................................................................... 38
3.6. Comparación de Tecnologías ............................................................................................. 39
3.6.1. CDMA2000 ................................................................................................................. 39
3.6.2. WiMAX ....................................................................................................................... 40
4. UMTS/HSDPA en Chile ........................................................................................................... 42
4.1. Contexto Mundial ............................................................................................................... 42
4.2. Escenario Latinoamericano ................................................................................................ 44
4.3. El Caso Chileno .................................................................................................................. 45
4.3.1. Análisis del Sector ....................................................................................................... 45
4.3.2. Asignación de Frecuencias .......................................................................................... 47
4.3.3. La Tercera Generación en Chile.................................................................................. 49
Conclusiones.................................................................................................................................. 53
Referencias .................................................................................................................................... 56
Anexos ........................................................................................................................................... 58
Anexo A: Resumen de Resultados de los Releases del 3GPP................................................... 58
Anexo B: Cadena de Codificación de Canal en UMTS ............................................................ 59
B.1. Modo FDD enlace ascendente y modo TDD................................................................. 59
B.2. Modo FDD enlace descendente ..................................................................................... 60
Anexo C: Despliegue de UMTS y HSDPA en el Mundo.......................................................... 61
C.1. Caso de América Latina................................................................................................. 61
C.2. Nivel Mundial ................................................................................................................ 61
v
ÍNDICE DE ILUSTRACIONES
Figura 1 : Arquitectura de red GSM................................................................................................ 4
Figura 2 : Arquitectura de red GSM/GPRS..................................................................................... 6
Figura 3 : Dominios en una red UMTS. .......................................................................................... 7
Figura 4 : Tres dominios de una red UMTS.................................................................................... 8
Figura 5 : Arquitectura de red GSM/GPRS y UMTS...................................................................... 8
Figura 6 : Entidades del dominio UE. ........................................................................................... 10
Figura 7 : Arquitectura de IMS...................................................................................................... 12
Figura 8 : Separación de capas de IMS. ........................................................................................ 13
Figura 9 : Esquema de interleaving por bloque............................................................................. 16
Figura 10 : Árbol de generación de códigos OVSF....................................................................... 18
Figura 11 : Modulación y codificación adaptable con HSDPA. ................................................... 22
Figura 12 : Esquema de SAW de 2 canales................................................................................... 25
Figura 13 : Esquema de SAW de 4 canales................................................................................... 25
Figura 14 : Comparación de R99 y HSDPA en el control de retransmisiones.............................. 27
Figura 15 : Distintos teléfonos móviles......................................................................................... 33
Figura 16 : Diagrama de bloques de un transmisor MIMO........................................................... 36
Figura 17 : Comparación de CDMA2000 con UMTS en el manejo de los recursos de radio. ..... 40
Figura 18 : Cantidad de suscriptores a nivel mundial por tecnología. .......................................... 43
Figura 19 : Suscriptores por tecnología en Latinoamérica. ........................................................... 44
Figura 20 : Participación de mercado de los tres operadores móviles en Chile. ........................... 45
Figura 21 : Descomposición del tráfico desde y hacia teléfonos móviles..................................... 47
Figura 22 : Cadena de codificación de canal en FDD uplink y TDD............................................ 59
Figura 23 : Cadena de codificación de canal en FDD downlink. .................................................. 60
vi
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1 : Bandas de Frecuencias para FDD. ................................................................................. 15
Tabla 2 : Interleaving: permutación de columnas. ........................................................................ 17
Tabla 3 : Velocidades alcanzables con HSDPA............................................................................ 23
Tabla 4 : Categorías de terminales HSDPA. ................................................................................. 28
Tabla 5 : Clases de QoS en UMTS................................................................................................ 29
Tabla 6 : Bandas de GSM, también habilitadas para UMTS......................................................... 48
Tabla 7 : Espectro de frecuencia de cada operador. ...................................................................... 48
Tabla 8 : Sumario de redes UMTS y HSDPA a nivel mundial. .................................................... 61
Tabla 9 : Despliegue de UMTS y HSDPA a nivel mundial. ......................................................... 62
vii
ABREVIATURAS
Num.
8-PSK:
16QAM:
Octagonal Phase Shift Keying.
16 - Quadrature Amplitude Modulation.
A
AMC:
AMR:
AN:
ARIB:
ARQ:
AuC:
Adaptive Modulation and Coding.
Adaptive Multi-Rate (speech coder)
Access Network.
Association of Radio Industries and Businesses – Japón.
Automatic Repeat reQuest (o Automatic Retransmission Query).
Authentication Center.
B
BSC:
BSS:
BTS:
Base Station Controller.
Base Station Subsystem.
Base Transceiver Station.
C
C/I:
CC:
CCSA:
CDMA:
CN:
CPICH:
CQI:
CRC:
CS:
CSCF:
CS-MGW:
CSD:
Carrier to Interference ratio.
Chase Combining.
China Communications Standards Association.
Code Division Multiple Access
Core Network.
Common Pilot Channel.
Channel Quality Indicator.
Cyclic Redundancy Check.
Circuit Switched.
Call Session Control Function.
Circuit Switched - Media Gateway Function.
Circuit Switched Data.
D
DS-CDMA: Direct Sequence CDMA.
DTX:
Discontinuous Transmission.
E
E-DCH:
EDGE:
EIR:
ETSI:
Enhanced Dedicated Channel.
Enhanced Data rate for the GSM Evolution.
Equipment Identity Register.
European Telecommunications Standards Institute.
F
FDD:
FDMA:
Frequency Division Duplexing.
Frequency Division Multiple Access.
viii
G
GERAN:
GGSN:
GMSC:
GMSK:
GPRS:
GSM:
GSM EDGE RAN.
Gateway GPRS Support Node.
Gateway MSC.
Gaussian Minimum Shift Keying.
General Packet Radio Service.
Global System for Mobile Communications.
H
HARQ:
HLR:
HSDPA:
HS-DSCH:
HSPA:
HSPA+:
HSS:
HSUPA:
Hybrid ARQ.
Home Location Register.
High Speed Downlink Packet Access.
High Speed Dedicated Shared Channel.
High Speed Packet Access.
HSPA Evolution.
Home Subscriber Server
High Speed Uplink Packet Access.
I
IEEE:
IMS:
IP:
IR:
ITU:
Institute of Electrical and Electronic Engineers.
IP Multimedia Subsystem.
Internet Protocol.
Incremental Redundancy.
International Telecommunication Union.
L
LDI:
LTE:
Larga Distancia Internacional.
Long Term Evolution.
M
MAC-hs:
MBMS:
MIMO:
MMS:
MRFC:
MRFP:
MS:
MSC:
High speed Media Access Control.
Multimedia Broadcast/Multicast Service.
Multiple Input Multiple Output.
Multimedia Messaging Service.
Multimedia Resource Function Controller.
Multimedia Resource Function Processor.
Mobile Station.
Mobile-services Switching Centre.
O
OFDMA:
Orthogonal Frequency Division Multiple Access.
P
PCS:
PN:
PS:
PSTN:
Personal Communication Services.
Pseudo Noise.
Packet Switched.
Public Switched Telephone Network.
Q
QoS:
QPSK:
Quality of Service.
Quadrature Phase Shift Keying.
ix
R
RAN:
RLC:
RNC:
RNS:
Radio Access Network.
Radio Link Control.
Radio Network Controller.
Radio Network Subsystem.
S
SAE:
SAW:
SC-FDMA:
SF:
SGSN:
SIP:
SMS:
SOFDMA:
SR:
SSCC:
System Architecture Evolution.
Stop and Wait.
Single Carrier FDMA.
Spreading Factor.
Serving GPRS Support Node.
Session Initiated Protocol.
Short Messaging Service.
Scalable OFDMA.
Selective Repeat.
Servicios Complementarios.
T
T1:
TDD:
TTA:
TTC:
TTI:
Standard Committee – Estados Unidos.
Time Division Duplexing.
Telecommunication Technology Association – Corea.
Telecommunication Technology Committee – Japón.
Transmission Time Interval.
U
UMTS:
UTRA:
UTRAN:
Universal Mobile Telephone System.
Universal Terrestrial Radio Access.
UMTS Terrestrial RAN.
V
VLR:
VoIP:
Visitor Location Register.
Voice over IP.
W
WAP:
WCDMA:
Wi-Fi:
WiMAX:
Wireless Application Protocol.
Wideband CDMA.
Wireless Fidelity.
Worldwide Interoperability for Microwave Access.
x
INTRODUCCIÓN
La telefonía móvil ha experimentado un fuerte crecimiento a nivel mundial durante su
corta vida. Hoy en día el número de teléfonos móviles en el mundo es superior a 2.500 millones,
algo así como un tercio de la población mundial. En Sudamérica, Chile es el país con mayor
crecimiento en el mercado móvil, con ya más de 12 millones de abonados, representando una
penetración cercana al 75%, la más alta de la región. Pero el crecimiento no ha sido sólo en
cuanto a número de usuarios, sino también en tecnología y servicios. Ahora el teléfono móvil no
sólo permite mantener comunicadas a las personas en el día a día, sino también ofrece
servicios de conexión a Internet, envío de correo electrónico, y opciones tan variadas como
consultar el horóscopo, el valor del dólar, o activar la alarma de la casa remotamente. Más aún,
la idea de mantener una video conferencia con un aparato en la palma de la mano ya no es
parte de la ciencia ficción, sino una realidad a la cual se podrá acceder en corto plazo. Es que la
llamada “tercera generación” ha abierto un abanico de posibilidades para los usuarios, al lograr
velocidades de transferencia que hacen posible aplicaciones que demandan mayor ancho de
banda, como la navegación en la web, la descarga de música, o los juegos en línea.
De los 2.500 millones de usuarios de telefonía celular en el mundo, más de 130 millones
corresponden a suscriptores de tecnologías de tercera generación, con cerca de 100 millones
de usuarios de UMTS, cual es el estándar de tercera generación que marca la evolución de las
redes GSM.
La denominación de “tercera generación”, o simplemente 3G, deriva de la evolución que
ha vivido la telefonía móvil en su historia, de acuerdo a las principales características que ha ido
presentando.
La primera generación (1G) fue el conjunto de los primeros sistemas que permitieron la
comunicación telefónica sin necesitar de un aparato fijo. Los primeros equipos estaban
destinados a operar en automóviles, debido a su gran tamaño, pero evolucionaron a aparatos
de menor tamaño, resultando factible ser portados por las personas. Se trataba de sistemas
analógicos de baja capacidad basados en técnicas de acceso por división en frecuencia
(FDMA), orientados únicamente a la transmisión de voz. Entre la gran cantidad de sistemas
desarrollados, destacan AMPS, que operó en Estados Unidos, NMT, en los países nórdicos, y
TACS, en el Reino Unido.
La segunda generación (2G) marcó el comienzo de los sistemas digitales de telefonía
móvil. Se desarrollaron estándares para unificar los sistemas, con el fin de reducir los costos
mediante economías de escala, y de permitir el roaming (poder utilizar un mismo aparato en
otras redes y otros países). Aquí nace el sistema GSM y el IS-95 (CDMA). La digitalización de
los canales permitió aumentar la capacidad de los sistemas, así como hacer posible la
transferencia de datos mediante el canal de control. Aquí nace el servicio de mensajes cortos
(SMS).
Una etapa intermedia antes de llegar a la tercera generación la constituye la llamada
2.5G, cuyas principales innovaciones son los sistemas GPRS y EDGE, aplicables a GSM, que
permitieron la conexión a redes de paquetes, y un aumento en las velocidades de transmisión.
1
Esto abrió la posibilidad de la navegación en Internet desde el terminal móvil, la descarga de
música en formato mp3 y la mensajería multimedia (MMS), entre otros servicios.
La tercera generación (3G) posibilita definitivamente la navegación en Internet a
velocidades comparables con conexiones de banda ancha, así como la descarga de archivos
de tamaño considerable. Dada la velocidad de conexión que ofrece, también posibilita el
funcionamiento de servicios de video en tiempo real, como videotelefonía o streaming de video.
El principal estándar de tercera generación, en cuanto al número de abonados a nivel global, es
el sistema UMTS, que utiliza la técnica de acceso WCDMA. Otra tecnología de tercera
generación, operante principalmente en Estados Unidos, es CDMA2000.
Esta división de tecnologías no está dada por un estándar formal, sino sólo por una
designación histórica. Por lo tanto, se suelen encontrar distintas clasificaciones para un mismo
sistema. Por ejemplo, a veces se reconoce a CDMA2000 como parte de 2.5G en su primera
versión (CDMA2000 1x RTT), y como 3G las siguientes etapas (CDMA2000 1x EV-DO y 1x EVDV).
Por otro lado, EDGE es frecuentemente considerado como parte de 2.5G dado que no
logra las características que ofrece UMTS, y sólo se considera una mejora del estándar GSM,
un paso intermedio hacia UMTS. Sin embargo, el estándar ha sido aceptado por la Unión
Internacional de Telecomunicaciones (ITU) como tecnología de tercera generación, en el marco
de IMT-2000.
La ITU identificó cinco interfaces aéreas aplicables a tecnologías de tercera generación,
llamándolas International Mobile Telephony 2000 (IMT-2000), que han quedado definidas en
distintas recomendaciones del sector de radiocomunicaciones (ITU-R). Para el sistema UMTS
se adoptó una de estas interfaces, la llamada CDMA Direct Spread, también conocida por
WCDMA.
El desarrollo de la tecnología UMTS ha estado a cargo del proyecto 3GPP, bajo el alero
de la ITU. El “Third Generation Partnership Project” (3GPP) es un acuerdo de colaboración
establecido en 1998 que reúne a varios organismos de estandarización conocidos como “Socios
Organizacionales”, los cuales son: ARIB (Japón), CCSA (China), ETSI (Europa), T1 (Estados
Unidos), TTA (Corea), y TTC (Japón). El 3GPP se centra en el desarrollo de especificaciones
aplicables a sistemas móviles de tercera generación basados en redes de núcleo de GSM, así
como las tecnologías de acceso evolucionadas de GSM.
El trabajo del 3GPP se ha estructurado en “Releases”, una suerte de agrupación lógica y
cronológica de los resultados a los que se ha llegado. Los primeros releases, o versiones,
correspondieron a avances sobre redes GSM, y fue en el Release 99 (R99, marzo de 2000) en
donde se estableció originalmente UMTS. Así, a veces se suele hablar de UMTS-R99, con lo
cual se quiere especificar que no se incluyen las características incluidas con posterioridad a la
red, como por ejemplo HSDPA, que forma parte del Release 5 (Rel-5, junio de 2002).
Actualmente, las redes de telefonía móvil en Chile son de segunda generación. Los tres
operadores utilizan principalmente el estándar GSM/GPRS, con la inclusión de EDGE en
algunas zonas geográficas. La utilización de EDGE hace posible una mejor experiencia en el
tráfico de datos con un teléfono móvil, al aumentar considerablemente la velocidad de
transmisión. Sin embargo, sigue siendo limitado para aplicaciones como, por ejemplo,
videotelefonía, que requerirían velocidades aún mayores para otorgar un servicio aceptable.
Esto motiva a una migración hacia una tecnología de tercera generación que permita mayores
velocidades en el tráfico de datos. Es aquí donde, por varias razones, aparece UMTS como la
evolución lógica para los operadores de GSM en Chile. En primer lugar, y dado que UMTS fue
concebido como evolución de GSM, los cambios que se deben introducir en la red no son
2
demasiado significativos, representando, en general, una solución económicamente efectiva
para los operadores
Por otro lado, se observa que éste es el camino que han seguido operadores de redes
GSM en otras partes del mundo, principalmente en Europa, adoptando la solución de UMTS
sobre sus redes ya desplegadas con EDGE.
Por último, la regulación en Chile deja abierta la puerta a esta tecnología como solución
de tercera generación. Más adelante se verá en detalle el marco legal que rige esta solución.
Pero las exigencias de los usuarios no se quedan ahí, haciendo necesaria una constante
evolución en la tecnología, y obligando a UMTS a mejorar las velocidades de transferencia que
es capaz de lograr. Así, similar a lo que hace EDGE como mejora de GSM, en la tecnología
UMTS se ha lanzado el sistema HSDPA, que no sólo aumenta las velocidades en la descarga
de datos para el usuario, sino que además reduce los tiempos de respuesta en la red,
facilitando la implementación de servicios interactivos en tiempo real, y optimiza el uso de los
recursos, resultando en un aumento en la capacidad de la red.
HSDPA ya se está comercializando en Europa y otras partes del mundo, y durante 2007
se seguirán sumando operadores y países que habilitarán este servicio para sus abonados. En
Chile, en diciembre de 2006 fue lanzado al mercado el sistema HSDPA por ENTEL PCS,
convirtiéndose en la primera red de este tipo en Latinoamérica.
En las siguientes páginas se presenta un estudio de la tecnología HSDPA, que permite
comprender las características que la han hecho tan atractiva. Para esto, se empieza con una
revisión de las redes GSM, punto de partida para UMTS y HSDPA, siguiendo con un análisis
más detallado de las características, tanto de arquitectura como de acceso, del estándar UMTS.
Con esto, se podrá estudiar cada una de las modificaciones que introduce HSDPA y los
servicios que permite ofrecer. Finalmente se termina con un análisis del posible desarrollo de
HSDPA en Chile.
3
Capítulo 1
1. REDES GSM/GPRS/EDGE
Actualmente, la tecnología de telefonía móvil con mayor número de abonados en el
mundo es GSM, superando los 2.000 millones de suscriptores, lo que representa cerca del 80%
del mercado global de comunicaciones móviles.
Chile no es la excepción, y las tres compañías de telefonía celular que operan en
territorio nacional, Movistar, ENTEL y Claro, utilizan el estándar GSM para ofrecer sus servicios,
si bien aún persiste una minoría de usuarios utilizando TDMA. Cabe destacar el caso de Claro,
que hasta 2005, cuando aún se llamaba Smartcom, utilizaba la tecnología CDMA, pero al ser
adquirido por América Móvil, migró hacia GSM, por lo cual se entiende que aún mantiene
abonados CDMA.
1.1. GSM
Como ya se ha dicho, GSM corresponde al punto de partida de UMTS, y es por esto,
sumado a su predominancia en Chile, que se realizará una revisión de esta tecnología, antes de
entrar en el estándar UMTS y HSDPA. Se revisa su arquitectura de red, sin mayor detalle, dada
su similitud con la arquitectura UMTS que se estudiará en el siguiente capítulo.
La tecnología GSM sólo es de segunda generación, destinada a llamadas de voz, y la
comunicación se hace por conmutación de circuitos.
La arquitectura básica de una red GSM se indica en la Figura 1.
Figura 1: Arquitectura de red GSM.
4
Se reconocen los siguientes elementos:
•
MS: Mobile Station (Estación móvil).
•
BSS: Base Station Subsystem (Subsistema de estaciones base).
•
BTS: Base Transceiver Station (Estación Base).
•
BSC: Base Station Controller (Controlador de estaciones base).
•
CN: Core Network (Núcleo de la red).
•
MSC: Mobile Switching Centre (Centro de conmutación).
•
GMSC: Gateway MSC.
•
VLR: Visitor Location Register (Registro de abonados visitantes).
•
HLR: Home Location Register (Registro de abonados locales).
•
EIR: Equipment Identity Register (Registro de identificación de equipos).
•
AuC: Authentication Centre (Centro de Autentificación).
•
PSTN: Public Switched Telephone Network (Red Telefónica Pública Conmutada).
•
Um: Interfaz aérea entre MS y BSS.
•
A: Interfaz entre BSS y CN.
En términos simples, la señal transmitida por el teléfono móvil (MS) es captada por las
antenas, ubicadas en las BTS, las cuales son controladas por un BSC. Este último es el
encargado de administrar el handover entre celdas, así como de asignar las frecuencias y time
slots para cada comunicación. Al conjunto de estaciones base administradas por un mismo BSC
se le denomina BSS. Cada BSC se comunica con el MSC, el cual es el encargado de
direccionar el tráfico telefónico, además de comunicarse con otras redes, como por ejemplo,
con la red de telefonía fija. El MSC consulta al HLR, AuC, VLR y EIR para validar y dirigir la
llamada.
La interfaz aérea de GSM utiliza acceso TDMA, con 8 time slots en un ancho de banda
de 200 KHz, alcanzando una velocidad de transmisión de 9.6 kbps. Al ser un sistema digital, se
permitió primeramente la comunicación de datos mediante el sistema CSD (Circuit Switched
Data), asignando un canal para la sesión de datos por circuito conmutado.
1.2. GPRS
La inclusión de GPRS hizo posible la utilización de aplicaciones que requieren
comunicación por conmutación de paquetes, permitiendo la conexión a redes que utilizan el
protocolo IP, como lo es Internet. Así, se hizo posible el envío de fotos desde y hacia un
terminal móvil (MMS), así como la descarga de música en formato mp3 y la consulta de e-mail,
entre otras aplicaciones. La implementación de GPRS significó la inclusión de nuevos nodos en
el núcleo de la red, que permitieran el tráfico de paquetes, los cuales, como se ve en la Figura
2, son el SGSN (Serving GPRS Support Node) y el GGSN (Gateway GPRS Support Node).
Esto implica una nueva interfaz, Gb, que soporte tráfico de paquetes, quedando la interfaz A
exclusivamente para tráfico por conmutación de circuitos, por lo que el MSC sólo se encarga de
las llamadas de voz, delegando el tráfico de paquetes al SGSN.
5
Así, todo el tráfico generado en el MS llega hasta el BSC, el cual se encarga de dirigirlo
hacia el MSC o hacia el SGSN, según corresponda. Con GPRS, se ve incrementada la
velocidad de transmisión de datos respecto de CSD, que sólo permitía 9.6 kbps, asignando más
de un time slot para la comunicación, y llegando a alcanzar promedios de entre 30 y 40 kbps
(típicamente con 4 time slots de capacidad máxima 9.6 kbps).
Figura 2: Arquitectura de red GSM/GPRS.
1.3. EDGE
La aplicación de GPRS, no obstante sus beneficios, queda limitada en velocidad,
deseándose throughputs más elevados, que no hagan tardar demasiado la descarga de
archivos de mediano y gran tamaño. Para aumentar esta tasa de transmisión se ha llevado a
cabo una modificación en la interfaz aérea, aumentando su eficiencia espectral. Se trata del
sistema EDGE, que permite aumentar la tasa de transmisión teórica (peak) desde 115 kbps
(GSM/GPRS sin EDGE) hasta 473 kbps, traduciéndose en throughputs promedio de 100 a 130
kbps (cerca de 30 kbps por time slot). El sistema EDGE comprende un cambio en la
modulación, utilizando 8-PSK en vez de GMSK, lo que permite enviar 3 bits por símbolo en vez
de sólo 1. Además, contempla distintos esquemas de codificación, ajustando el número de bits
dedicados para el manejo de errores y la redundancia en la transmisión. De acuerdo a las
condiciones radioeléctricas de la interfaz aérea, la red escogerá el tipo de modulación y
esquema de codificación óptimo. Con esto, el throughput por time slot puede variar entre 8.8
kbps y 59.2 kbps.
Como EDGE es sólo una mejora en la interfaz aérea, los únicos elementos de la red que
deben ser actualizados son los aparatos móviles y las estaciones base.
Con EDGE se aumenta considerablemente la velocidad de transmisión de datos, pero
aún sigue siendo limitado para aplicaciones como, por ejemplo, videotelefonía, en que se
esperarían throughputs de entre 64 y 384 kbps [3]. Por esto, esta tecnología resulta insuficiente
para satisfacer todos los requerimientos que demandan los usuarios, y se hace imperiosa la
evolución hacia tercera generación.
La adopción del estándar UMTS significa el menor impacto sobre la actual red
GSM/GPRS de que dispone el operador. En particular, el núcleo de la red GSM/GPRS sólo
requiere de una sencilla actualización.
6
Capítulo 2
2. REDES UMTS
2.1. Arquitectura de una Red UMTS
Desde el punto de vista de arquitectura de red, el 3GPP ha dividido la red en dominios,
donde cada dominio representa un conjunto lógico de “entidades” o partes de la red. Así, en
forma genérica, una red UMTS se divide en los dominios indicados en la Figura 3, donde
además se nombra cada una de las interfaces que comunican dichos dominios.
Home
Network
Domain
[Zu]
Cu
Uu
Iu
[Yu]
Serving
Network
Domain
USIM
Domain
Mobile
Equipment
Domain
Access
Network
Domain
User Equipment
Domain
Transit
Network
Domain
Core
Network
Domain
Infrastructure
Domain
Fuente: [1]
Figura 3: Dominios en una red UMTS.
Sin embargo, normalmente se divide la red en los siguientes tres dominios, para una
mejor comprensión de sus características (ver Figura 4):
•
Red de Núcleo (Core Network Domain).
•
Red de Acceso (Access Network Domain).
•
Equipo de Usuario (User Equipment Domain).
7
Figura 4: Tres dominios de una red UMTS.
Fuente: [1]
Figura 5: Arquitectura de red GSM/GPRS y UMTS
8
UMTS no contempla nuevas entidades en el núcleo de la red GSM/GPRS, pero sí en la
red de acceso y en el terminal de usuario.
La Figura 5 muestra la arquitectura de una red UMTS en conjunto con una red
GSM/GPRS. En rojo se identifican las nuevas entidades para la red UMTS.
Se observa un núcleo de red compartido, pero distintas redes de acceso. Dado que las
redes UMTS representan una evolución de las redes GSM, el escenario normal de operación
será el mostrado en la Figura 5, de coexistencia de ambas redes, al ir introduciéndose de forma
gradual la nueva red de acceso UMTS.
Por la red circulará tráfico de conmutación de circuitos y de paquetes, dependiendo de si
es tráfico conversacional o de datos, respectivamente. De esta forma, en el núcleo de la red hay
entidades que se ocuparán de uno u otro tráfico. En este contexto se definen los dominios de
conmutación de circuitos (CS) y de conmutación de paquetes (PS). Cada dominio incluye a las
entidades que cumplen funciones de CS o de PS respectivamente.
A continuación se describen las funciones de las entidades presentadas en la Figura 5
para una red UMTS, en cada uno de los tres dominios identificados.
2.1.1. User Equipment
Se reconocen las siguientes entidades:
•
USIM (UMTS Subscriber Identity Module): Es la tarjeta, o chip, que representa
inequívocamente a un abonado. Contiene información y procedimientos que permiten su
identificación y autentificación, además de información para el usuario, como por
ejemplo, la agenda telefónica.
•
ME (Mobile Equipment): Contiene las aplicaciones y se encarga de realizar la
comunicación de radio. Un abonado puede utilizar los servicios de que dispone con su
propio USIM desde distintos MEs. Se subdivide en dos entidades:
-
MT (Mobile Termination): Se encarga de la comunicación de radio.
-
TE (Terminal Equipment): Contiene las aplicaciones de extremo a extremo
(eventualmente puede ser un laptop conectado a un teléfono móvil).
La Figura 6 clarifica las divisiones en el dominio UE.
9
MT
TE
USIM
ME
UE
Fuente: [8]
Figura 6: Entidades del dominio UE.
2.1.2. Access Network
Dada la coexistencia de las redes de acceso GSM y UMTS, se reconoce a cada una
bajo los nombre GERAN (GSM/EDGE Radio Access Network) y UTRAN (UMTS Terrestrial
Radio Access Network), respectivamente.
La red GERAN se comunicará con los MS del estándar GSM mediante la interfaz Um, y
con el MSC y el SGSN, según corresponda, mediante las interfaces A y Gb, como ya fue
descrito.
En tanto la red UTRAN se comunicará con los UE mediante una nueva interfaz aérea
Uu, y con el MSC y el SGSN mediante las interfaces Iu-CS e Iu-PS respectivamente.
La arquitectura UTRAN presenta la misma forma que la arquitectura GERAN, y sólo se
diferencia en sus entidades:
•
Nodo B: Equivalente a una BTS en GERAN, corresponde a un extremo de la interfaz
aérea, comunicándose con los UE. Un nodo B puede administrar una o más celdas. Se
encarga de la modulación/demodulación y de la codificación CDMA de la señal, además
del control de potencia de transmisión de los MEs.
•
RNC (Radio Network Controller): Equivalente a un BSC en GERAN, se comunica con un
conjunto de Nodos B y con el MSC o el SGSN. Un RNC y los Nodos B a su cargo
definen un RNS (Radio Network Subsystem), al igual que un BSC define un BSS en
GSM. El RNC es el encargado de administrar el handover entre celdas, así como de
dirigir el tráfico si éste es de paquetes o de circuitos. Maneja los recursos de radio y
asigna los canales.
2.1.3. Core Network
Es en el núcleo de la red donde se destacan las diferencias de los dominios CS y PS.
Como herencia de GSM se tiene que el principal elemento del núcleo de la red es el MSC,
encargado de la conmutación de circuitos. A continuación se describen cada uno de los
elementos correspondientes a cada dominio.
10
− Entidades comunes a los dominios CS y PS.
•
HLR (Home Location Register): Es la base de datos con información sobre el abonado
móvil. La información se refiere al tipo de abonado (prepago o postpago), servicios
suplementarios habilitados, así como también la ubicación actual del abonado dentro de
la red.
•
AuC (Authentication Center): Es el encargado de almacenar las claves de seguridad
para autentificación del abonado. Esta información es requerida por el HLR para realizar
los procesos de autentificación.
•
EIR (Equipment Identity Register): Clasifica a cada ME en una lista blanca, lista negra o
lista gris. La lista blanca contiene los números de serie de todos los equipos que pueden
ser usados en la red. La lista negra contiene a los equipos que no pueden ser utilizados
en la red. La lista gris contiene a los equipos que serán observados por el sistema, sin
ser bloqueados, para su evaluación u otros propósitos.
− Entidades del dominio CS.
•
MSC (Mobile-services Switching Centre): Es el “Centro de Conmutación” de la red. El
MSC constituye la interfaz entre el sistema de radio y las redes fijas. Es el encargado de
cursar todo el tráfico por conmutación de circuitos desde y hacia los terminales de radio.
Además, realiza procedimientos necesarios para registrar la posición del móvil y para
llevar a cabo el handover ente RNSs. Un MSC normalmente agrupa a varios RNS,
cubriendo una importante extensión geográfica. No obstante, para cubrir un país
completo normalmente se necesitará más de un MSC. Se suelen diferenciar dos
funcionalidades del MSC: aquella encargada de la señalización (MSC Server) y aquella
que se encarga de manejar el tráfico de los usuarios (CS-MGW, Circuit Switched - Media
Gateway Function).
•
GMSC (Gateway MSC): Es un tipo especial de MSC que hace de pasarela hacia las
redes externas. Ante una llamada entrante, el GMSC consulta al HLR sobre la ubicación
del móvil, y luego dirige la llamada al MSC correspondiente.
•
VLR (Visitor Location Register): Base de datos similar al HLR, que guarda una copia de
la información de éste para los usuarios que se encuentran dentro de su zona. Es
consultada por el HLR para el correcto direccionamiento de las llamadas. Se relaciona
directamente con el MSC.
− Entidades del dominio PS.
•
SGSN (Serving GPRS Support Node): Es el encargado de manejar y enrutar todo el
tráfico de paquetes por la red. Cumple funciones similares al MSC, pero en el dominio
PS. Además, almacena información del usuario necesaria para manejar el tráfico de
paquetes. También realiza funciones de seguridad.
•
GGSN (Gateway GPRS Support Node): Interconecta redes de datos externas con el
SGSN mediante una interfaz IP. Asigna direcciones IP en forma dinámica a los
terminales móviles durante la transferencia de datos. También almacena información del
usuario para encapsular el tráfico de datos hacia el móvil.
Con todo, las entidades descritas en el dominio del núcleo de la red son las mismas que
se tenían para una red GSM/GPRS.
11
2.1.4. IMS: IP Multimedia Subsystem
Una de las principales contribuciones del Release 5 lo constituye la introducción del IP
Multimedia Subsystem, apuntando a un manejo más eficiente de aplicaciones de multimedia,
basándose en una diferenciación del tráfico generado por dichas aplicaciones, en cuanto a los
distintos niveles de calidad de servicio que requieran. Para esto se crean nuevas entidades en
el núcleo de la red, cuidando de causar el menor impacto posible, destinadas tanto a
señalización como a soportar el tráfico en sí.
Fuente: [14]
Figura 7: Arquitectura de IMS.
La Figura 7 muestra un esquema simplificado de la incorporación de IMS en una red
móvil. Las sesiones en IMS las maneja el protocolo SIP (Session Initiated Protocol), que facilita
la interconexión de redes móviles con redes fijas IP.
IMS permite el fácil acceso de los usuarios a aplicaciones ubicadas en servidores de
Internet, así como también sirve de plataforma entre usuarios móviles en una sesión multimedia
de punto a punto. Así, se reconocen los servicios de usuario a proveedor de contenido, y de
usuario a usuario, ambos ampliamente beneficiados por esta nueva arquitectura.
En un plano más general, la red de acceso a IMS no sólo debe ser una red UTRAN o
GERAN, sino también puede serlo Wi-Fi, otro acceso como xDSL, o incluso redes CDMA2000.
Con esto, se ve que IMS permite la convergencia de las distintas redes de acceso, inalámbricas
o no, y de servicios y contenidos, así como Internet o la red telefónica pública conmutada.
Otra forma de ver la funcionalidad de IMS es en la separación de capas que lleva a
cabo. Una aplicación pasa a ser independiente del tipo de red por la cual se esté accediendo.
12
Esta idea se representa en la Figura 8. IMS pasa a ser una capa intermedia entre la capa de
aplicaciones/servicios y la capa de transporte y acceso. También se puede observar la conexión
punto a punto que se lleva a cabo entre dos usuarios móviles, siendo controlada por las capas
superiores.
Fuente: [23]
Figura 8: Separación de capas de IMS.
La entidad central de la red IMS la constituye el Call State Control Function, CSCF, que
se encarga de interconectar las capas de aplicación y acceso para garantizar calidad de servicio
a los distintos servicios.
El HSS es una generalización del HLR, donde se guarda información del usuario.
El nodo MRFC (Multimedia Resource Function Controller) controla los recursos de flujo
de multimedia, en tanto que el MRFP (Multimedia Resource Function Processor) mezcla y
procesa los flujos entrantes.
Con todo esto, IMS permite el acceso transparente a los servicios, marcando así la base
para la convergencia de las redes actualmente diferenciadas.
13
2.2. Interfaz radioeléctrica en UMTS
La interfaz radioeléctrica en una red UMTS se designa como Uu (ver Figura 5), y
también se suele referir a ella como interfaz aérea, o como UTRA (Universal Terrestrial Radio
Access). Utiliza la técnica de acceso Wideband CDMA, o WCDMA, y constituye la interfaz entre
el equipo móvil y los Nodos B.
2.2.1. Técnica de acceso WCDMA
La técnica de acceso en UTRA se basa en el sistema de división por código, en el cual
la señal de banda base es ensanchada en su espectro mediante una secuencia seudo aleatoria
de alta frecuencia. En contraste a FDMA, en que una portadora representa el canal de acceso
para un único usuario, en CDMA, sobre una portadora podrán coexistir varios usuarios,
identificándose cada uno con un código seudo aleatorio. Dicho código es conocido a ambos
lados de la transmisión, recuperándose la señal de banda base deseada.
El acceso WCDMA nació como parte de una de las cinco tecnologías definidas para
IMT-2000, bajo el nombre de CDMA Direct Spread, o Direct Sequence CDMA (DS-CDMA), con
la utilización de duplexión en frecuencia y una tasa de chips de 3.84 Mcps1, resultando en un
espectro esparcido en cerca de 5 MHz.
2.2.2. Duplexión
UTRA puede utilizar duplexión en frecuencia (FDD) y en el tiempo (TDD), de modo de
maximizar la eficiencia espectral de acuerdo a las características de la comunicación.
− FDD.
El modo típico de operación de UMTS es bajo duplexión en frecuencia, en que los
enlaces ascendente (uplink) y descendente (downlink) van en portadoras separadas. De esta
forma, para la comunicación duplex se necesitan 2 bandas de 5 MHz cada una, llamándoseles
así bandas emparejadas.
El modo FDD resulta práctico para celdas con tráfico relativamente simétrico en ambas
direcciones, puesto que la capacidad asignada para el uplink y el downlink es la misma.
− TDD.
UMTS también permite la operación por duplexión en el tiempo, en la cual, sobre una
misma portadora, ciertos time slots se asignan para el uplink y los restantes para el downlink.
Esta característica hace adecuada su operación en ambientes con tráfico asimétrico,
usualmente en interiores y microceldas.
En el modo TDD se permite la operación a tres distintas tasas de chips. Además de la
tasa original de 3.84 Mcps, se agregaron las opciones de 1.28 Mcps (Rel-4) y 7.68 Mcps (Rel7). Así, el ancho de banda del canal duplex será de alrededor de 5 MHz para el caso de 3.84
Mcps, de 1.6 MHz para el caso de 1.28 Mcps, o de 10 MHz para el caso de 7.68 Mcps.
1
Originalmente la tasa de chips del código seudo aleatorio fue de 4.096 Mcps, y así aparece en las primeras
especificaciones del 3GPP [9], pero luego se adoptó la tasa de 3.84 Mcps.
14
2.2.3. Bandas de frecuencia
Normalmente se reconocen tres frecuencias de operación para UMTS, dos de ellas para
la comunicación FDD, y la tercera para el enlace TDD. Originalmente se concibieron para FDD
las bandas de 1920 – 1980 MHz para el uplink y 2110 – 2170 para el downlink, y para el modo
TDD las bandas de 1900 – 1920 MHz y 2010 – 2025 MHz. Sin embargo, debido a las
disposiciones legales en los distintos países, que han impedido la operación en estas bandas,
se han agregado otras alternativas, llegando actualmente a nueve bandas emparejadas para
FDD y seis bandas para TDD. En la Tabla 1 se muestran las bandas para FDD.
Banda
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
IX
Enlace Ascendente
1920 – 1980 MHz
1850 –1910 MHz
1710-1785 MHz
1710-1755 MHz
824 – 849 MHz
830-840 MHz
2500-2570 MHz
880 – 915 MHz
1749.9-1784.9 MHz
Enlace Descendente
2110 –2170 MHz
1930 –1990 MHz
1805-1880 MHz
2110-2155 MHz
869-894 MHz
875-885 MHz
2620-2690 MHz
925 – 960 MHz
1844.9-1879.9 MHz
Separación entre portadoras
190 MHz
80 MHz.
95 MHz.
400 MHz
45 MHz
45 MHz
120 MHz
45 MHz
95 MHz
Tabla 1: Bandas de Frecuencias para FDD.
Las bandas definidas para TDD son las siguientes:
a)
1900 – 1920 MHz y 2010 – 2025 MHz.
b)
1850 – 1910 MHz y 1930 – 1990 MHz.
c)
1910 – 1930 MHz.
d)
2570 – 2620 MHz.
2.2.4. Codificación de Canal, Interleaving y Rate Matching
− Codificación de Canal
Al transmitir la señal binaria por la interfaz radioeléctrica mediante una señal analógica,
con algún sistema de modulación apropiado, ésta última se verá afectada por la interferencia
del canal, que puede llegar a causar una mala interpretación en el receptor de la señal binaria,
es decir, errores en el reconocimiento de la señal binaria. Para contrarrestar este problema se
aplican procesos en que se agrega redundancia a la información transmitida, de modo de poder
recuperar de forma íntegra la señal original, a pesar de los errores que puedan producirse. A
este proceso se le llama codificación de canal, y el nivel de redundancia constituye la tasa de
codificación. Así, si, por ejemplo, se envía el doble de información de la relevante, la tasa de
codificación será de 1/2.
Existen distintos algoritmos para generar la redundancia de forma eficiente, de modo de
aprovechar de la mejor forma posible la información extra para reconstruir la secuencia de bits
original. UMTS utiliza dos algoritmos llamados “codificación turbo” y “codificación
convolucional”, cuyo uso queda determinado por la velocidad de transmisión en la
comunicación. Para tasas de transmisión similares a las de segunda generación se utiliza
15
codificación convolucional con tasas de 1/2 y 1/3, mientras que para tasas de transmisión
mayores se utiliza codificación turbo a 1/3.
− Interleaving
Otro proceso que se lleva a cabo como medio de protección de la comunicación es el
llamado “interleaving”, que busca reducir el impacto de los desvanecimientos en el tiempo que
ocurren en la interfaz radioeléctrica. La idea de este proceso es hacer más aleatoria la pérdida
de información producto de los desvanecimientos en el tiempo. Para lograr esto, la secuencia
de bits a transmitir no se enviará de forma sucesiva, sino que éstos serán repartidos en el
tiempo a intervalos mayores que la constante de tiempo correspondiente al desvanecimiento.
Posteriormente, el receptor se encargará de reordenarlos en su secuencia original. Al utilizar
interleaving, junto con la redundancia agregada con la codificación de canal, se obtiene
diversidad en el tiempo en la transmisión.
UMTS utiliza el algoritmo de “block interleaving”, en que los bits son reagrupados según
muestra la Figura 9. La secuencia de bits llena la matriz por filas para luego ser retirados por
columnas. El receptor realiza la operación inversa para recuperar la secuencia original.
El largo de la secuencia de bits sobre el cual se realizará la operación de interleaving
queda dado por el TTI sobre el cual se esté funcionando. El TTI, o Transmission Time Interval,
es la unidad básica de tiempo en el procesamiento de las señales, y corresponde al intervalo de
tiempo en que llega información de capas superiores a la capa física. Los valores que puede
tomar TTI son 10 ms, 20 ms, 40 ms y 80 ms. De esta forma, el interleaving se llevará a cabo
sobre secuencias de largo igual a la duración del TTI.
Fuente: [19]
Figura 9: Esquema de interleaving por bloque.
El algoritmo usado en UMTS difiere levemente del mostrado en la Figura 9. Para los
casos en que TTI vale 40 ms y 80 ms, se permutan algunas columnas de la matriz. La Tabla 2
muestra el número de columnas y las permutaciones correspondientes para los distintos TTI.
Por ejemplo, para 40 ms, se permutará la columna 1 con la columna 2.
16
TTI
10 ms
20 ms
40 ms
80 ms
Número de Columnas
1
2
4
8
Permutación de Columnas
<0>
<0,1>
<0,2,1,3>
<0,4,2,6,1,5,3,7>
Tabla 2: Interleaving: permutación de columnas.
− Rate Matching
La operación de rate matching es necesaria para hacer calzar la cantidad de bits a
transmitir con la cantidad de bits disponibles en un frame. Luego de la canalización del canal se
obtiene una cierta cantidad de bits para transmitir dentro de un frame, que se debe ajustar al
número fijo de bits disponibles en la capa física para la duración del frame. Esto se hace
eliminando o repitiendo bits, según sea necesario, lo que finalmente modificará la tasa efectiva
de codificación.
En el modo TDD, y en el enlace ascendente del modo FDD, el rate matching se realiza
después del interleaving, y en el enlace descendente en modo FDD, se realiza entre la
codificación de canal y el interleaving.
2.2.5. Modulación, Spreading y Scrambling2
La modulación que se utiliza en UMTS, tanto para el enlace ascendente como para el
descendente, y en ambos modos de duplexión, es QPSK, obteniendo dos chips por símbolo.
Sin embargo, para la tasa de chips de 1.28 Mcps en el modo TDD, también está la alternativa
de utilizar 8-PSK, logrando 3 chips por símbolo.
La naturaleza de la comunicación CDMA lleva consigo una operación de “spreading”, es
decir, un proceso en que la señal es esparcida en su espectro mediante la multiplicación por un
código de chips con una tasa mayor que la tasa de bits de la señal original. Éste es el código
llamado de seudo ruido (pseudo-noise, PN), y recibe este nombre al intentar emular una señal
binaria aleatoria, o de ruido, en que su autocorrelación sea nula. En UMTS, además de este
proceso, se realiza una operación de scrambling, en que la señal ya esparcida es multiplicada
por un nuevo código seudo aleatorio de igual tasa de chips, por lo que no se ve afectado el
ancho de banda.
− Spreading
Se denomina Spreading Factor (SF) al número de chips por cada bit luego de aplicado el
código de esparcimiento. UMTS utiliza valores variables de SF para adaptar la tasa de bits por
segundo. Dado que la tasa de chips es fija (por ejemplo, 3.84 Mcps), para obtener distintas
velocidades de transmisión se varía el SF y, por lo tanto, la tasa de bits.
Los códigos se obtienen de la familia de códigos Orthogonal Variable Spreading Factor
(OVSF). La ventaja de utilizar códigos OVSF es que, además de entregar códigos ortogonales
entre sí, es decir, con correlación cruzada nula, permite la utilización de distintos SF
manteniendo la ortogonalidad. La Figura 10a muestra el árbol de códigos del cual se extraen los
2
Scramble: Definido según el Oxford English Dictionary, en su acepción 3, y traducido por el autor, como “hacer
ininteligible (una transmisión broadcast o conversación telefónica) salvo que sea recibida por un decodificador
apropiado”.
17
códigos para cada valor de SF, en que la lógica de ramificación es la indicada en la Figura 10b.
Los valores posibles de SF en la comunicación van desde 4 hasta 256, incluyendo 512 en el
enlace descendente. Se observa que para valores más pequeños de SF se logra una mayor
velocidad de transmisión, pero a la vez se dispone de menos códigos.
Por otro lado, se puede extraer de la Figura 10 que también se pueden utilizar códigos
ortogonales de distintos largos, es decir, para distintos spreading factors. Se observa que el
código C2,1 es ortogonal a C2,2, pero también es ortogonal con los códigos C4,3 y C4,4. Así, en
general se cumple que códigos de distinto largo son ortogonales entre sí si no forman parte de
la misma rama del árbol. Esta característica es la que aprovecha UMTS para variar el SF y
adecuar la velocidad de transmisión a los requerimientos dinámicos en la comunicación.
Fuente: [18]
Figura 10: Árbol de generación de códigos OVSF.
− Scrambling
Este proceso consiste en una multiplicación chip a chip de la señal esparcida por un
código de scrambling, traduciéndose en una codificación que no afecta el ancho de banda de la
señal.
Los códigos son generados por polinomios de grado 25 y truncados a los 10 ms de
duración del frame, obteniéndose códigos de 38400 chips para la tasa de 3.84 Mcps. Estos
códigos son llamados “Gold codes”. No obstante, si el Nodo B no cuenta con un “Rake
receiver”, se utiliza en el enlace ascendente una familia de códigos cortos (en contraste con los
códigos largos ya descritos) de sólo 256 chips.
La idea de usar códigos de scrambling es para diferenciar a cada transmisor de los
demás, ya sean terminales o estaciones base. Así, cada Nodo B utiliza un código distinto de
scrambling para la comunicación en el enlace descendente, y a su vez cada UE dentro de una
celda utiliza un código distinto para el enlace ascendente. Esto se traduce en que el transmisor
es reconocido por el receptor mediante el código de scrambling, permitiendo que dos terminales
en una celda, o dos Nodos B contiguos, puedan usar los mismos códigos de spreading. Es
decir, los terminales operan sus códigos de spreading de manera independiente a otros
terminales, al igual que las estaciones base con respecto a otras estaciones base.
Por otro lado, los códigos de scrambling no son ortogonales entre sí, sino sólo cuasi
ortogonales, es decir, su correlación cruzada es muy cercana a cero. Esto implica pérdida de
ortogonalidad entre las señales enviadas por los transmisores, y la consiguiente aparición de
ruido en la recepción producto de otros usuarios. Se prefiere asumir esta pérdida ya que los
18
códigos ortogonales son muy limitados en cantidad, especialmente a tasas de transmisión
elevadas. Con el proceso de scrambling la asignación de códigos deja de ser un problema.
2.2.6. Control de Potencia
La naturaleza del acceso por código hace necesaria la utilización de mecanismos de
control de potencia en el enlace ascendente. En CDMA, los usuarios dentro de una misma
celda que estén operando en la misma frecuencia, sólo serán diferenciados por su código en el
receptor. Dado que los códigos no son totalmente ortogonales, a la señal decodificada
(despreaded) se le sumará como ruido las señales de los restantes usuarios. Si, por ejemplo, el
usuario en cuestión se encuentra lejos del Nodo B, la potencia recibida en la antena será mucho
menor que la potencia de usuarios cercanos a éste, y el nivel de interferencia causado por estos
usuarios podría llegar a bloquear la señal deseada.
Para evitar este problema se utilizan mecanismos de control de potencia, de modo que
la potencia recibida desde todos los móviles sea la misma.
Un mecanismo de control por lazo cerrado se encarga de igualar las potencias recibidas
en cada time slot, es decir, 1500 veces por segundo. A este control se le llama de lazo interno, y
es llevado a cabo por el Nodo B. La unidad básica en que se varía la potencia es en 1 dB,
pudiendo utilizarse múltiplos de ésta.
Otro mecanismo de control por lazo cerrado se encarga de fijar un valor de C/I en cada
frame, es decir, cada 10 ms. Éste será el valor objetivo utilizado por el mecanismo de control de
lazo interno. Este control lo lleva a cabo el RNC, y se le llama de lazo externo.
Además hay un mecanismo de control de potencia por lazo abierto, que se aplica sólo al
establecer la comunicación.
Las características vistas en las sub-secciones 2.2.4 a 2.2.6, si bien no incluyen todos
los procesos y procedimientos que se llevan a cabo antes de que la señal abandone el
transmisor, sí constituyen una base que permite visualizar las distintas características que
presenta el procesamiento de la señal. Además, sobre estos procesos es donde centra los
cambios HSDPA, por lo que haberlos descrito aquí permitirá entender en el siguiente capítulo
cada una de las modificaciones que hacen que HSDPA logre las características que posee. En
el Anexo B se presenta la totalidad de las etapas que se llevan a cabo en el proceso de
codificación de canal, antes de ser multiplexado a un canal físico.
2.3. Ventajas de UMTS
Todas las características descritas en este capítulo finalmente se traducen en claros
beneficios tanto para el usuario como para el operador. La principal ganancia radica en la mayor
velocidad de transmisión de datos que se logra con UMTS, al compararlo con las redes
GSM/GPRS/EDGE. Sin embargo, esta no es la única ventaja que ofrece esta tecnología, como
se verá a continuación.
En cuanto a la velocidad de transmisión, el promedio de 120 kbps que se alcanza con el
sistema EDGE se ve aumentado hasta unos 250 kbps con UMTS. Además, bajo condiciones
óptimas de operación, es decir, con el terminal estático y ante buenas condiciones
radioeléctricas, UMTS permite alcanzar velocidades máximas de hasta 2 Mbps, muy por sobre
los 384 kbps que otorga EDGE.
19
Por otro lado, la principal ventaja para los operadores de redes UMTS es el aumento en
la capacidad que el sistema les otorga, es decir, podrán manejar mayor número de llamadas
simultáneas. Esto lo permite, en primera instancia, la naturaleza de la comunicación por acceso
por código, que gracias al rápido control de potencia y la utilización de rake receivers reduce al
mínimo las interferencias, aumentando la eficiencia espectral. Pero además, la característica
dinámica de asignación de códigos no sólo permite un manejo más eficiente de las
capacidades, sino que también permite la convivencia más eficiente de tráfico de voz y de
datos, al asignar más canales a las aplicaciones que lo requieran. En suma, UMTS logra
manejar más llamadas simultáneas y más sesiones de datos que un sistema de segunda
generación.
Otra característica que mejora la eficiencia espectral corresponde a la codificación de la
voz a distintas tasas según las condiciones radioeléctricas. Esta característica, llamada AMR
(Adaptive Multi-Rate), varía en forma dinámica la tasa de codificación de la voz, cada 20 ms,
tomando 8 valores posibles entre 4.75 kbps y 12.2 kbps. Para condiciones favorables del canal,
se utilizan tasas menores, y se aumenta la tasa cuando el canal provoca más errores en la
recepción, manteniendo en ambos casos una buena calidad en la voz. Además, cuando no se
transmite voz, se envían frames a 1.8 kbps indicando la ausencia de voz, ante lo cual el
receptor genera el ruido necesario para evitar la impresión de pérdida de la conexión.
UMTS, al estar diseñado como una evolución de las redes GSM, también permite la
movilidad entre áreas sólo con cobertura GSM, y áreas con cobertura UMTS, realizando la
conmutación de forma automática y en forma transparente para el usuario. Más aún, para un
aumento adicional en la capacidad del sistema y la calidad de servicio, el operador puede
asignar a los usuarios que estén en una zona con cobertura UMTS la conexión mediante la red
de acceso UTRAN o GERAN, según sea conveniente, prefiriendo delegar las llamadas de voz a
la red GERAN, y reservar las capacidades de UTRAN para las sesiones de datos que requieran
mayores velocidades en la transferencia.
UMTS también permite la comunicación simultánea de voz y datos, es decir, se podrá,
por ejemplo, mantener una conversación telefónica mientras se descarga un archivo de Internet.
Para el tráfico de datos, se heredan las características de GPRS, en cuanto a mantener
una sesión activa con o sin transferencia de información, dejando abierta la posibilidad al cobro
por cantidad de tráfico y no por tiempo de conexión.
La latencia en la red se ve reducida con respecto a sistemas de segunda generación,
llegando a ser de tan sólo 200 ms con UMTS. Esto se hace importante ante aplicaciones
interactivas en tiempo real, tales como juegos en línea, en que se necesita una rápida respuesta
por parte de la red.
Con todo, UMTS permite el funcionamiento de servicios de diversa índole, muchos de
los cuales no son factibles de otorgar con sistemas de segunda generación, o al menos no con
una calidad de servicio aceptable por el usuario final. Entre los servicios a los que permite
acceder UMTS se pueden nombrar la mensajería multimedia, navegación en Internet, consulta
y envío de correo electrónico, juegos en línea, descarga de juegos y otras aplicaciones,
descarga de música, sintonización de emisoras de radio, televisión, videotelefonía y video
streaming. Este último servicio permite un abanico de posibilidades, desde entretenimiento
hasta acceso a información, pudiendo concretarse una plataforma para publicidad mediante
videos, útil para promoción de películas u otros productos o servicios.
En el siguiente capítulo se verá cómo se ven mejoradas, mediante el sistema HSDPA,
algunas de las ventajas aquí listadas para UMTS R99.
20
Capítulo 3
3. HIGH SPEED DOWNLINK PACKET ACCESS (HSDPA)
High Speed Downlink Packet Access, llamado por su sigla HSDPA, se puede traducir al
castellano como “acceso a paquetes a alta velocidad en el enlace descendente”, y es una
funcionalidad que se incorporó al estándar UMTS en el Release 5, y apunta principalmente a la
obtención de altas velocidades en la transmisión de datos desde el Nodo B hacia el terminal,
mediante la incorporación de modificaciones en la interfaz radioeléctrica. Así, la máxima tasa de
transmisión alcanzable en UMTS R99, 2 Mbps, se ve aumentada hasta 14.4 Mbps.
Posteriormente, el Release 7 aumenta esta tasa máxima hasta 28 Mbps.
HSDPA considera la creación de un nuevo canal de transporte, HS-DSCH (High Speed
Dedicated Shared Channel), que puede ser compartido dinámicamente por distintos usuarios. A
este canal se aplican distintas técnicas que, finalmente, no sólo permiten aumentar las
velocidades de transferencia, sino otros beneficios, como por ejemplo una disminución en la
latencia de la red a menos de 100 ms en los tiempos de ida y vuelta. Estas técnicas, que se
nombran a continuación, serán estudiadas en el presente capítulo, comparándolas con las
características fundamentales de UMTS R99:
•
Codificación y modulación adaptable (AMC: Adaptive Modulation and Coding).
•
Operación multi-código.
•
HARQ (Hybrid Automatic Repeat reQuest).
•
Programación rápida (Fast scheduling)
•
MIMO (Multiple Input Multiple Output) (Rel-7).
3.1. Nuevas Técnicas para HSDPA
A continuación se describen las técnicas que se han incorporado al nuevo canal HSDSCH, y que permiten que HSDPA alcance una velocidad máxima teórica de 14.4 Mbps. Es
decir, se describen las funcionalidades de la llamada fase 1 de HSDPA, que corresponde a las
características incluidas en el Rel-5, y que constituyen la implementación que se está llevando a
cabo en la actualidad por parte de operadores de UMTS que han implementado este nuevo
sistema, principalmente en Europa y en Asia Pacífico. En la sección 3.3 se revisan las nuevas
técnicas que están en estudio, pertenecientes a realeses posteriores al Rel-5, marcando la
llamada fase 2 de HSDPA.
3.1.1. Adaptive Modulation and Coding (AMC)
El principio que rige a AMC es el mismo que utiliza EDGE para adaptar sus velocidades
de transmisión a las condiciones del canal. De acuerdo a la ubicación del terminal, respecto del
Nodo B, será la modulación y la codificación que se utilice.
21
En cuanto a modulación, además de QPSK, HSDPA permite el uso de 16QAM, lo que
significa pasar de transmitir 2 bits por símbolo a 4 bits por símbolo. Claro que este aumento va
de la mano con una menor inmunidad al ruido, por lo que se prefiere 16QAM sólo cuando las
condiciones del canal son favorables, es decir, cuando el terminal está estático y cerca del
Nodo B.
Por otro lado, la utilización de 16QAM hace necesaria una estimación de la amplitud en
el receptor, puesto que la naturaleza de la modulación lleva consigo distintos valores en las
amplitudes recibidas. Esta es una razón por la cual HSDPA elimina el control rápido de potencia
en cada time slot, dejando sólo el control de lazo externo. Es decir, en HSDPA, el control de
potencia sólo se lleva a cabo en la base de un frame. De esta forma, usuarios más cercanos al
Nodo B tendrán una mejor razón de C/I, pudiendo aumentar no sólo el orden de la modulación
sino también la tasa de codificación.
Cabe hacer notar que el control de potencia descrito en la sección 2.2.6 se enfocó al
enlace ascendente como solución al problema de la interferencia de co-canal en el Nodo B. Sin
embargo, también se aplica en el enlace descendente. Si bien no se cuenta con distintos
transmisores que puedan variar su potencia, como en el caso del enlace ascendente, el control
se lleva a cabo en capas superiores a la capa física, modificando la potencia de cada uno de los
canales de transporte, y en este caso, diferenciando por usuario.
La tasa de codificación de canal también es modificada en forma dinámica de acuerdo a
las condiciones radioeléctricas, pudiendo variar entre 1/6 y 0.98 (a veces denotada 4/4,
prácticamente sin redundancia), sin embargo, las tasas efectivas que normalmente se usan
están entre 1/4 y 3/4.
El resultado de esta técnica AMC se puede visualizar en la Figura 11, donde se ve que
para condiciones adversas, típicamente estando alejado del Nodo B y en movimiento, se deberá
usar modulación QPSK y una tasa de codificación menor, resultando en menores tasas de
transferencia, en tanto que para situaciones favorables, por ejemplo la utilización de un laptop
en algún emplazamiento cercano al Nodo B, se obtendrán las mejores tasas de transferencia
con modulación 16QAM y baja redundancia en la codificación.
Figura 11: Modulación y codificación adaptable con HSDPA.
22
Ahora bien, en contraste con las alternativas de codificación de canal vistas en el
capítulo anterior, HSDPA sólo utiliza codificación turbo a tasa fija de 1/3. Las distintas tasas
mencionadas se obtienen posteriormente en el proceso de rate matching, mediante eliminación
o repetición de bits.
La elección del tipo de modulación y tasa de codificación se hace en base a información
del canal que el terminal envía al Nodo B. El UE evalúa las condiciones radioeléctricas del
enlace descendente y, de acuerdo a esto, envía un indicador al Nodo B, denominado CQI
(Channel Quality Indicator). El CQI indica el largo de los “bloques” a transmitir, la modulación a
usar y el número de códigos que se podrán recibir correctamente en paralelo, de donde el Nodo
B obtiene la codificación a usar. Los “bloques de transporte”, o simplemente “bloques”, son la
unidad básica de datos a transmitir entre la capa física (L1) y la sub-capa de acceso al medio
(MAC).
3.1.2. Operación Multi-Código
Para HSDPA se anula una de las características principales de UMTS, cual es variar el
spreading factor, y así la tasa de bits por segundo en un canal. En HSDPA se tiene un valor fijo
de SF=16, lo que resulta en una tasa fija de 240 mil símbolos por segundo (para el modo de
3.84 Mcps), traduciéndose en 480 kbps o 960 kbps, dependiendo de la utilización de QPSK o
16QAM, respectivamente.
Dado el valor de SF=16 se permite la utilización de 15 códigos para canales de datos
(ver Figura 10), es decir, se dispone de 15 canales con las tasas de bits mencionadas.
Dependiendo de las capacidades del terminal móvil se podrán usar 1, 5, 10 o los 15 códigos en
paralelo, logrando un máximo de 3.6 millones de símbolos por segundo. Con modulación
16QAM y codificación 4/4 se logra el máximo throughput de 14.4 Mbps. La utilización de cierto
número de códigos en paralelo queda condicionada por la cantidad de usuarios accediendo a la
red con HSDPA. Es decir, si dentro de la banda de 5 MHz no hay ninguna conexión al canal
HS-DSCH, se dispondrá de los 15 códigos.
Considerando situaciones prácticas de operación, con codificación entre 1/4 y 3/4, y sin
alcanzar la utilización de los 15 códigos en paralelo, se obtienen velocidades promedio
cercanas a 1 o 2 Mbps. La Tabla 3 indica los throughputs alcanzables bajo las distintas
situaciones de operación.
Modulación
QPSK
16QAM
Tasa de
Codificación
1/4
2/4
3/4
2/4
3/4
4/4
con 1 código
120 kbps
240 kbps
360 kbps
480 kbps
720 kbps
960 kbps
Velocidad de Transmisión
con 5 códigos
con 10 códigos
600 kbps
1.2 Mbps
1.2 Mbps
2.4 Mbps
1.8 Mbps
3.6 Mbps
2.4 Mbps
4.8 Mbps
3.6 Mbps
7.2 Mbps
4.8 Mbps
9.6 Mbps
con 15 códigos
1.8 Mbps
3.6 Mbps
5.4 Mbps
7.2 Mbps
10.8 Mbps
14.4 Mbps
Tabla 3: Velocidades alcanzables con HSDPA.
Dado que en la práctica es muy poco probable alcanzar la codificación de 4/4, se suele
encontrar en la literatura que la velocidad máxima de HSDPA es 10.8 Mbps.
Se dijo que el esquema de codificación utilizado para el canal HS-DSCH es el de
codificación turbo con tasa fija de 1/3, descartándose la opción de codificación convolucional
23
que también permite UMTS R99. Esto se debe a que las características de ambos esquemas de
codificación hacen más eficiente la utilización de codificación turbo para tasas elevadas de
transmisión, y codificación convolucional para tasas menores. La primera requiere de un
procesamiento más complejo, y sólo se justifica, en términos de eficiencia, cuando el tamaño
del bloque es mayor a unos 300 bits por TTI. Con un spreading factor de 16 se asegura esta
condición, con una tasa de transmisión lo suficientemente alta, haciendo inútil a la codificación
convolucional frente a la codificación turbo.
3.1.3. Hybrid ARQ
Al realizarse la decodificación de canal en el receptor pueden encontrarse errores en la
información recibida, producto normalmente de la interferencia en el espacio radioeléctrico.
Cuando ese es el caso, se envía al transmisor una petición de retransmisión de la información.
Al concepto general de solicitar retransmisión de la información que ha sido recibida con errores
se le llama ARQ (Automatic Repeat reQuest). Así, se cuenta con dos instancias en que se
podrá recuperar la información errónea en el receptor, primero por la redundancia agregada en
la codificación de canal, y segundo, de fallar la decodificación, mediante la retransmisión de la
información no recuperada. De esta forma, ARQ puede verse como un complemento de AMC,
puesto que al retransmitir información se está reduciendo la tasa efectiva de codificación, con el
fin de recuperarla de forma íntegra. Al final, AMC actúa como una primera selección de la tasa
de transmisión, y ARQ hace un ajuste fino de forma automática de la tasa final de transmisión
de acuerdo a las condiciones instantáneas del canal de radio.
La idea de híbrido (hybrid) viene de utilizar no sólo la retransmisión para recuperar la
señal, sino combinarla con la información originalmente recibida, para así aumentar la
probabilidad de éxito. Es decir, cuando el receptor detecta un error en la decodificación, solicita
la retransmisión del bloque, pero a la vez guarda el bloque ya recibido, para combinarlo con el
nuevo que arribará y entonces intentar la decodificación.
Otra modificación que incorpora el canal HS-DSCH es la reducción del TTI a sólo 2 ms,
es decir, el interleaving al cual se someten los datos tiene un periodo de 2 ms. Así, se ven
reducidos los tiempos de ida y vuelta en las retransmisiones entre el Nodo B y el terminal. Con
esto, la base del tiempo en capas superiores a la capa física corresponde a sólo 3 time slots, es
decir, con HSDPA se tienen 3 time slots por TTI. La desventaja que puede acarrear esto radica
en que se reduce la diversidad en el tiempo, disminuyendo la constante de tiempo involucrada
en los desvanecimientos.
La técnica usada para la retransmisión de la información es llamada SAW (Stop and
Wait, parar y esperar), en la cual el transmisor, luego de enviar un bloque, espera la
confirmación del arribo antes de enviar el siguiente, confirmación que envía el receptor
mediante un acuse de recibo (ACK). Si el receptor no pudo decodificar exitosamente la
información, envía un aviso de fallo (NACK), ante lo cual el transmisor envía nuevamente el
bloque. Por otro lado, luego de transcurrido un cierto tiempo después del envío, si el transmisor
no recibe ningún ACK, supone que el bloque no llegó a destino, enviándolo de nuevo. Un
problema que puede acarrear esta técnica es que, si el receptor envía un ACK pero éste no
llega a destino, el transmisor entonces reenviará el bloque, y el receptor recibirá una copia del
mismo bloque suponiendo que es el siguiente. Para evitar esto se agrega un bit de secuencia a
cada envío, alternándose entre 0 y 1. Con esto, el receptor reconoce que se trata de una
retransmisión si recibe dos bits de secuencia iguales consecutivos.
El mecanismo SAW es la forma más sencilla de ARQ, requiriendo mínima información
de señalización. Sin embargo, dada su naturaleza de esperar una respuesta antes de reenviar,
24
es muy poco eficiente en la utilización de los recursos del canal. En contraste, otro mecanismo
es el llamado Selective Repeat (SR, repetición selectiva), que se basa en la utilización de
ventanas deslizantes. Con SR se envían consecutivamente todos los bloques de datos dentro
del largo definido de la ventana, y el receptor va enviando ACKs por cada bloque recibido. En
este método los bloques van numerados correlativamente. Así, cuando el receptor detecta
alguno que no pudo decodificar, junto con los sucesivos ACKs envía el número de dicho bloque.
El transmisor, al terminar de enviar el total de la ventana, reenvía el bloque que no fue
decodificado correctamente, para luego continuar enviando con la ventana ya desplazada. Con
este método, se soluciona el problema de la ineficiencia que presenta SAW, no obstante se
requiere mucha más información de señalización. Además, al usar la técnica híbrida, aparecen
dos nuevas dificultades. La primera es que el terminal deberá guardar cada bloque recibido,
necesitando de mucha más memoria. La segunda, dado que los bloques recibidos
defectuosamente también son utilizados en la decodificación, es necesario contar con una
codificación tal que permita recuperar el número del bloque a pesar de los errores que se hayan
producido.
Para lograr la eficiencia del mecanismo SR, pero con las ventajas que otorga SAW,
HSDPA utiliza un sistema SAW de N canales. La forma más fácil de entenderlo es viéndolo
como una generalización de un sistema de dos canales.
En un sistema SAW de dos canales se separan los TTI en pares e impares,
constituyendo cada grupo un canal. La Figura 12 ilustra este proceso de comunicación. En un
TTI se envía en el enlace descendente la información de un canal de datos y de control (por
ejemplo, pares), mientras que en el enlace ascendente se está enviando el ACK del otro canal
(impares). En el TTI siguiente se invierten los papeles. Con este mecanismo, mientras se
espera la llegada de un ACK, se envía información por el otro canal, eliminando los tiempos
ociosos de espera. Sólo se requiere de señalización extra para reconocer a cada canal, lo cual
se logra con un simple bit. En tanto, en el equipo se deberá aumentar la memoria al doble del
caso simple de SAW, para guardar la información de ambos canales.
Figura 12: Esquema de SAW de 2 canales.
Fuente: [26]
En el ejemplo de la Figura 12 se está suponiendo que el tiempo que demora el receptor
en procesar la información recibida, así como el tiempo que demora el Nodo B en procesar la
llegada de un ACK, es lo suficientemente pequeño para mantener el canal siempre ocupado. En
la práctica, este tiempo puede ser mayor a un TTI, y para no reducir la eficiencia se aumenta el
número de canales de 2 a N. HSDPA permite la utilización de hasta N = 6 canales.
La Figura 13 muestra un ejemplo en que el número de canales se aumentó de 2 a 4. En
este caso, el principio de operación es el mismo, pero ahora el tiempo entre el envío de un
bloque de un canal y su respectivo ACK es mayor a un TTI, permitiendo así un mayor tiempo de
procesamiento.
Fuente: [26]
Figura 13: Esquema de SAW de 4 canales.
25
En general, en un sistema SAW de N canales, en el terminal se necesita de N veces
más memoria que en el caso simple para almacenar los bloques provenientes de los N canales.
En cuanto al control, sólo se requiere de identificación para los distintos canales, agregando
mínima señalización extra. En suma, se logra la eficiencia que proporciona SR, y se evitan los
problemas mencionados.
Por otro lado, la información que se manda en las retransmisiones no necesariamente es
la misma que la enviada en la primera transmisión. Existen diversas alternativas para adoptar, y
HSDPA utiliza dos: Chase Combining (CC) e Incremental Redundancy (IR). Con chase
combining, en cada retransmisión se envía exactamente la misma información que en la
original. Así, el receptor combina las distintas recepciones del mismo bloque, típicamente con
distintos errores (se logra diversidad en el tiempo), e intenta la decodificación.
La otra alternativa es usar incremental redundancy, en que ya no se retransmite la
misma información luego de una petición por parte del receptor, sino sólo bits adicionales que
ayuden a la decodificación. La idea es, en cada retransmisión, aportar nueva información de
codificación que se agregue a la que ya posee el receptor, para lograr así decodificar el bloque
correctamente. La utilización de esta alternativa hace necesaria una mayor capacidad de
memoria en el terminal, por lo que, dependiendo del terminal, sólo se usará para velocidades de
transmisión menores, reservando a chase combining para las tasas más altas, y alivianando así
los requisitos de memoria.
En suma, la utilización de HARQ permite aumentar las tasas de transmisión de datos
gracias a la eficiencia lograda en la retransmisión mediante la utilización del mecanismo SAW
con N canales, la alternativa de incremental redundancy, y la mezcla de ARQ con el tradicional
método de corrección de errores proveniente de la codificación de canal.
3.1.4. Programación Rápida
El encargado de llevar a cabo en HSDPA estas tres funcionalidades descritas es el Nodo
B, al contrario de lo que ocurre en UMTS R99, en que es el RNC el que maneja los recursos de
radio, asignando códigos, tasas de codificación y manejando las retransmisiones. En HSDPA
este control queda a cargo del Nodo B, lo que permite, además de reducir los tiempos de
latencia en la red, aumentar efectivamente la tasa de transmisión final, al saltarse los retrasos
que introduce la interfaz Iub entre el Nodo B y el RNC.
Para la implementación de HARQ, se definió una nueva sub-capa dentro de la capa de
enlace de datos, la llamada sub-capa de acceso al medio de alta velocidad (MAC-hs), sobre la
cual funciona HARQ. Esta nueva sub-capa termina en el nodo B, en contraste con la capa de
control del enlace de radio (RLC), terminada en el RNC, que se encarga de las retransmisiones
en UMTS R99. En la Figura 14 se comparan los procesos de retransmisión de HSDPA con los
de UMTS R99.
En general, a la idea de traspasar todas estas funcionalidades desde el RNC al Nodo B,
se le llama programación rápida, originalmente en inglés, Fast Scheduling.
Finalmente, cabe mencionar que HSDPA está diseñado para operar no sólo en el modo
FDD, sino también soporta la operación en TDD. Para la tasa de chips de 3.84 Mcps, en TDD,
el TTI se fija en 10 ms, y para 1.28 Mcps se fija en 5 ms. Además, en TDD el spreading factor
puede tomar los valores de SF=16 o SF=1, pero no ambos simultáneamente.
26
Fuente: [18]
Figura 14: Comparación de R99 y HSDPA en el control de retransmisiones.
3.2. Terminales
Toda vez que el operador haya implementado en la red las actualizaciones para ofrecer
HSDPA, el acceso a esta tecnología dependerá de las capacidades del terminal móvil. Así,
similar a lo ocurrido con EDGE, el usuario debe adquirir un equipo que permita la conexión con
HSDPA para poder acceder a sus beneficios.
Los terminales que soportan HSDPA se han separado en 12 categorías de acuerdo a
sus capacidades. En la Tabla 4 se resumen las características de cada categoría, donde se
puede ver que el máximo throughput alcanzable va desde 0.9 Mbps hasta los 14.4 Mbps. Las
diferencias entre cada categoría quedan determinadas de acuerdo a las siguientes
características:
•
Modulación: Las primeras 10 categorías soportan tanto modulación QPSK como
16QAM, en tanto que las restantes 2 sólo soportan QPSK.
•
Máximo de códigos paralelos: Algunos terminales permiten el uso de hasta 5 códigos en
paralelos para el acceso al canal HS-DSCH, mientras otros permiten usar hasta 10 o
hasta los 15 disponibles.
•
Intervalo mínimo inter-TTI: De acuerdo a cuantos TTI debe esperar el terminal entre
transmisiones. Si el intervalo mínimo es 1 significa que el terminal puede recibir
paquetes en TTIs consecutivos. Si es 2, o 3, el Nodo B deberá saltarse un TTI, o dos,
antes de la siguiente transmisión.
•
Máximo de bits de transporte por TTI: Limita la máxima cantidad de bits de la capa de
transporte que es capaz de recibir el terminal, traduciéndose en una limitación a la tasa
de codificación. La categoría 10, única con la que se logra el máximo de 14.4 Mbps,
soporta la codificación a 4/4, mientras todas las otras categoría sólo soportan
codificación hasta 3/4.
•
Tipo de ARQ a la máxima tasa: Como se dijo, la utilización de IR requiere de mayor
memoria en el terminal, condicionando su operación a las tasas mayores. Así, los
equipos se dividen en los que sólo soportan CC a la máxima tasa, y los que también
soportan IR, y por consiguiente tienen más memoria. Dado que la máxima tasa de
27
transferencia se logra bajo las mejores condiciones del canal, sin necesidad de
retransmisión al no recibir bloques erróneos, no se ve afectada por este ítem, que sí
influye en la tasa de transmisión promedio, considerando errores en la transmisión.
Máximo de
Máximo de Intervalo
bits de
Códigos
Mínimo
transporte
Paralelos inter-TTI
por TTI
Categoría
Modulación
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
QPSK/16QAM
QPSK/16QAM
QPSK/16QAM
QPSK/16QAM
QPSK/16QAM
QPSK/16QAM
QPSK/16QAM
QPSK/16QAM
QPSK/16QAM
QPSK/16QAM
QPSK
QPSK
5
5
5
5
5
5
10
10
15
15
5
5
3
3
2
2
1
1
1
1
1
1
2
1
Tipo de
ARQ a la
máxima
tasa
Tasa de
Transferencia
Máxima
(Mbps)
CC
IR
CC
IR
CC
IR
CC
IR
CC
IR
CC
CC
1.2
1.2
1.8
1.8
3.6
3.6
7.2
7.2
10.2
14.4
0.9
1.8
7298
7298
7298
7298
7298
7298
14411
14411
20251
27952
3630
3630
Tabla 4: Categorías de terminales HSDPA.
3.3. Servicios con HSDPA
En el estudio de esta tecnología no hay que olvidar que todos estos mecanismos
apuntan finalmente a poder otorgarle servicios al usuario a los cuales no podría acceder con un
sistema de segunda generación, o eventualmente con la primera versión de UMTS. Las
características estudiadas hasta aquí tienen que ser capaces de marcar una diferencia tangible
para el usuario, de modo que signifique un beneficio real el adoptar este sistema que le estará
ofreciendo el operador. De otro modo, resultaría infructuoso gastar energía en el desarrollo de
HSDPA si, finalmente, el usuario preferirá mantenerse con la tecnología de que dispone, al no
encontrar incentivos para cambiarse.
Por esta razón resulta fundamental el análisis de los servicios que se ven favorecidos
con este sistema. En esta sección se revisarán los servicios clave que permiten a UMTS, y en
particular a HSDPA, marcar una diferencia clara sobre su tecnología predecesora. Pero antes,
se revisa una característica de UMTS que apunta a diferenciar los distintos tipos de servicios
con parámetros particulares de calidad de servicio para cada uno.
3.3.1. Diferenciación de Calidad de Servicio (QoS) en UMTS.
Una de las características de UMTS, la cual no forma parte de GSM, es la diferenciación
de los distintos tipos de servicios, de acuerdo a sus requerimientos, en distintos niveles de
prioridad. Esto lo hace la llamada diferenciación de calidad de servicio, entregando distintos
mecanismos de QoS según los requerimientos de un servicio en particular. Para esto, UMTS
reconoce cuatro clases de servicio, cada una con distintos atributos de QoS. Estas cuatro
clases de servicio, o clases de tráfico, son:
28
•
Conversacional.
•
Streaming.
•
Interactivos.
•
Background.
Servicios conversacionales se refieren primeramente a una llamada telefónica, el
servicio original de la telefonía móvil. Pero también ingresa a esta clase la videotelefonía, en
que además de la voz se transporta imagen en tiempo real. Estos servicios se caracterizan por
un tráfico más o menos simétrico de un usuario a otro, y por requerir de bajos tiempos de
retardo en la transmisión, los cuales quedan definidos por los umbrales de percepción
humanos. Se ha encontrado que el retardo de extremo a extremo debe ser menor a 400 ms
para generar una buena percepción en el usuario.
En la categoría de streaming entran los servicios en que un usuario está viendo un video
en tiempo real, o escuchando algún archivo de audio también en tiempo real. El tráfico es
asimétrico, es decir, la información viaja sólo en una dirección, y podrá ser vista/escuchada sin
necesidad de haber completado la transferencia del archivo. Los requerimientos de retardo
pueden ser en parte relajados respecto del tráfico conversacional, dado que no hay interacción
en la comunicación, y un buffer puede asumir las variaciones en los tiempos de llegada.
Los servicios interactivos son aquellos que se caracterizan por el patrón típico de
petición y respuesta, tales como navegación en la web o mensajería instantánea (por ejemplo,
MSN). En esta clase de tráfico, el receptor espera la información durante un cierto tiempo. El
factor de importancia aquí es el tiempo de ida y vuelta en la red.
Servicios de background son aquellos en que el receptor espera la información por un
tiempo indefinido, como por ejemplo, la transferencia de archivos o el servicio de correo
electrónico.
En general, estas cuatro categorías se refieren al grado de sensibilidad del servicio a los
retardos, siendo los conversacionales los más sensibles y los de background los más
insensibles. Las clases conversacionales y de streaming están orientadas a tráfico en tiempo
real, en tanto que las clases interactiva y de background apuntan a transferencias tradicionales
de Internet. En la Tabla 5 se resumen las características de estas clases de QoS.
Clase de Servicio
Conversacional
Características Básicas
Retardo pequeño y con poca variación.
Ejemplos
Voz, videoteléfono.
Streaming
Retardo moderado con poca variación.
Audio o video en tiempo real.
Interactivos
Importancia en tiempos de ida y vuelta,
preservar el contenido original.
Preservar el contenido original, sin
mayor importancia del retardo.
Navegación en Internet.
Background
Descarga de archivos, SMS.
Tabla 5: Clases de QoS en UMTS.
Esta diferenciación de servicios permite utilizar de mejor manera los recursos de la red
cuando se presenta una alta carga de tráfico ante servicios con diversos requerimientos de
retardos. La red, al reconocer los requerimientos de cada servicio, asignará distintas prioridades
para cada clase de tráfico, resultando en una mejor percepción por parte del usuario.
29
A continuación se analiza el funcionamiento de algunos ejemplos de servicios que se
ven potenciados, no sólo con la diferenciación de calidad de servicio descrita, sino con las
características generales de UMTS y HSDPA.
3.3.2. Streaming de Video
Las posibilidades que otorga el streaming de video, en cuanto a servicios se refiere, son
muy variables. Puede ir desde la solicitación de algún video a un proveedor de contenidos hasta
la televisión móvil. Estos servicios caen en la categoría de streaming, por lo que requieren de
exigentes condiciones de operación. Si bien es cierto que con sistemas de segunda generación,
por ejemplo con EDGE, ya se logra la recepción de video en tiempo real, la percepción del
servicio por parte del usuario se ve mejorada con UMTS.
El tamaño del teléfono celular hace que no sea necesaria la transferencia de video de
alta resolución, puesto que sólo será visto en una pantalla de tamaño reducido. Por ejemplo,
para una pantalla de 3.5 centímetros de ancho por 4 centímetros de alto, se estima que la tasa
mínima de transferencia de datos para lograr una buena percepción está entre 40 y 64 kbps
[18]. Estas velocidades están por bajo el promedio de transmisión que permite EDGE, por lo
cual se podría lograr un buen funcionamiento del servicio. No obstante, de acuerdo a las
condiciones radioeléctricas del enlace, y a la carga de la red, la velocidad se podría ver
reducida en ciertos momentos por bajo este límite, afectando a la reproducción del video en el
terminal.
Si se utiliza una conexión por UMTS para este servicio, aparecen dos ventajas
inmediatas que facilitarían su prestación. Primero, como promedio, se obtendría una velocidad
de transferencia mayor, reduciendo la probabilidad de caer bajo el límite mencionado ante
condiciones adversas. Pero además, cuando la red esté soportando mucho tráfico, la
diferenciación de calidad de servicio le otorgará una mejor prioridad al streaming, evitando la
reproducción discontinua del video en el terminal.
Sobre esto, parece innecesaria, o a lo menos exagerada, la utilización de HSDPA para
el streaming de video. No se ve un real beneficio en poder aumentar aún más la velocidad
promedio de transferencia. Entonces, cabe preguntarse qué ventaja real otorga HSDPA.
Porque, al parecer, en cuanto a streaming de video se refiere, con UMTS ya se logra un
rendimiento aceptable.
Es aquí donde HSDPA abre el abanico de posibilidades, rompiendo ciertos límites
tradicionales de la telefonía móvil. Si para una pantalla de celular no se necesita mayor
velocidad, entonces sí se puede aprovechar HSDPA para transportar video a una pantalla de
mayor tamaño, como por ejemplo la de un laptop. Esta posibilidad la deja abierta el estándar
UMTS al separar al equipo móvil en dos entidades, una a cargo de la comunicación de radio
(MT) y la otra a cargo de las aplicaciones (TE) (ver sección 2.1.1).
La conexión HSDPA en un laptop se puede llevar a cabo mediante tarjetas especiales
que son conectadas a éstos, o bien con aquellos que ya disponen de esta funcionalidad
integrada. De esta forma se puede acceder a algún proveedor de contenidos que ofrezca videos
de mayor resolución, o a la señal móvil de un canal de televisión, lo que aumentaría los
requerimientos de ancho de banda, y entonces HSDPA sí marca la diferencia frente a UMTS
R99, permitiendo el streaming con una percepción aceptable por el usuario.
30
3.3.3. Videotelefonía
La videotelefonía consiste en agregar a la tradicional llamada de voz, la imagen del
interlocutor. Para esto se requiere de una comunicación full-duplex tanto de audio como de
video.
Se deben cumplir ciertos requisitos en los retrasos de modo que el usuario capte una
aceptable calidad en la comunicación, idealmente sin percibir cortes ni distorsiones. Estas
condiciones las fija el oído humano, para el caso de la voz, y el ojo para el video. En este
contexto, la ITU recomienda un tiempo en la transmisión en un sentido menor a 400 ms para
lograr un nivel aceptable, siendo preferible que este tiempo sea menor a 150 ms para lograr la
mejor calidad. Pero además se requiere que el audio y el video estén lo suficientemente
sincronizados para no notar desfase entre el movimiento de los labios y las palabras
pronunciadas.
Por otro lado, en este servicio en tiempo real se pueden producir pérdidas en la
información, traduciéndose en distorsiones del audio o del video. El oído humano presenta
cierta tolerancia a estas distorsiones, pudiendo aceptarse hasta una tasa de pérdida de frames
del 3%. En cuanto al video, la tasa máxima de pérdida de frames para que el ojo humano no
perciba las distorsiones depende del tipo de codificador de video utilizado, esperándose que se
pueda fijar esta tasa en 1% para los últimos codificadores.
La videotelefonía es un servicio clave de la tercera generación. En particular UMTS, al
permitir la comunicación simultánea de voz y datos, otorga las características para ofrecer este
tipo de servicio. Así, mientras la imagen se envía como una sesión de datos, la voz puede
manejarse tradicionalmente como conmutación de circuitos, o incluirla también en la sesión de
datos con mecanismos de VoIP. Nuevamente la diferenciación de clases de servicio potencia el
buen funcionamiento de este servicio, asignándole la más alta prioridad, al ser parte de la clase
de tráfico conversacional.
Ante una llamada de videoteléfono, el equipo móvil mantiene la comunicación en ambos
enlaces, ascendente y descendente, con requerimientos similares de ancho de banda y
retardos, enviando la voz e imagen captada del usuario, y a la vez recibiendo la voz e imagen
del usuario ubicado al otro extremo de la conexión. Por esta razón, la incorporación de HSDPA
no supone mayores beneficios para este tipo de servicio, puesto que sólo se ve mejorado el
enlace descendente, y dados los requerimientos ya descritos para el tráfico de imagen en
tiempo real para ser mostrado en un teléfono móvil, no se necesita claramente de mayor
velocidad en la conexión que la otorgada por UMTS. De esta forma, la utilización de HSDPA en
la videotelefonía sólo permitiría disminuir los retardos en la comunicación, gracias a la rápida
retransmisión, ayudando a lograr los valores objetivo para los tiempos de viaje, y a alcanzar las
tasas de pérdida de frames límites.
Otra alternativa, saliéndose en parte de la videotelefonía, es el envío de imagen en vivo
mientras se mantiene una conversación telefónica. Un escenario típico es que, una vez iniciada
una llamada de voz, uno de los usuarios desea mostrarle al otro lo que está ocurriendo en su
entorno. Entonces, sin terminar la llamada, inicia el envío de imagen. Aquí, el video en tiempo
real fluye sólo en una dirección, y nuevamente se aprovechan las sesiones simultáneas de voz
y datos que permite UMTS.
31
3.3.4. Mensajería Multimedia (MMS)
Los sistemas de 2.5G permitieron el envío de mensajes ya no sólo de texto, sino
también con contenido multimedia. Ampliamente desarrollado está el envío de fotografías,
promovido por los terminales con cámara fotográfica incorporada, constituyéndose como la
forma básica de MMS. Pero también es posible el envío de audio y video, típicamente
requiriendo de mayor ancho de banda y tomando tiempos más largos en la transmisión.
El servicio de MMS se caracteriza por no ser de tiempo real, requiriéndose una pérdida
de información esencialmente nula. El tiempo que toma el envío del mensaje preferentemente
debe ser menor a un minuto para generar una buena percepción del servicio en el usuario. Con
esto, ante mensajes multimedia de tamaño considerable, el rendimiento de sistemas de
segunda generación se ve limitado. Entonces, nuevamente UMTS marca una ventaja clara, al
permitir el envío de mensajes de audio y video sin tomar un tiempo excesivo en la entrega.
En general, la mensajería MMS se puede dividir en dos tipos de aplicaciones, de
acuerdo al fin que se busca. La primera es la transferencia de contenido entre un usuario y otro,
en que un interesado envía, por ejemplo, una foto a un amigo. Pero también está la alternativa
de difusión broadcast de contenido multimedia para, por ejemplo, fines publicitarios. Esta
alternativa permite potenciar la actual mensajería SMS de anuncios publicitarios con imágenes
en movimientos, música o videos. De hecho, como parte del Rel-6 destaca la incorporación de
MBMS (Multimedia Broadcast/Multicast Service) como mecanismo para optimizar la difusión de
contenido multimedia en una celda, entendiendo el importante rol que toma esta práctica.
La principal diferencia entre una y otra aplicación de MMS radica en que, para el caso de
broadcast o multicast, hay múltiples usuarios recibiendo el mensaje, en tanto que en el otro
caso, además del receptor, hay alguien enviando el mensaje, es decir, haciendo uso del enlace
ascendente. Luego, es claro que HSDPA tendrá un mayor impacto en el caso de difusión
broadcast o multicast, permitiendo el envío de mensajes de gran tamaño, eventualmente
reconociendo a los usuarios con HSDPA, y haciendo mejor uso de los recursos de radio ante la
importante carga que se le aplicará a la red.
3.3.5. Internet
El acceso a Internet desde un teléfono móvil empezó con la digitalización de las
comunicaciones. En la familia GSM se empezó a utilizar le denominado CSD, permitiendo el
tráfico de datos mediante conmutación de circuitos a la velocidad de 9.6 kbps. Posteriormente
se incluyeron los nodos GPRS, que facilitaron el tráfico de datos en la red móvil y, a la vez,
permitieron más altas velocidades de transferencia, asignando varios time slots a la
comunicación. Sin embargo, la velocidad de conexión resulta excesivamente lenta en un
sistema 2.5G al compararlo con los accesos fijos tradicionales a Internet, lo cual desmotiva este
tipo de conexión que, originalmente, se presenta como una alternativa de gran utilidad. Por otro
lado, las características del equipo móvil hacen más complicada la navegación en la web, en
tanto que la pantalla es de tamaño reducido, no se cuenta con un teclado como en un
computador personal, y existen limitaciones de memoria en el terminal. Estas restricciones
impulsaron la creación del protocolo WAP (Wireless Application Protocol), que básicamente
busca simplificar el contenido de los sitios web, para facilitar su acceso desde un teléfono móvil.
Pero WAP no tuvo el éxito que se esperaba, lo cual se debió a diversas razones, pero
principalmente a que se crearon expectativas demasiado elevadas, que llevaron a los usuarios
a esperar un rendimiento similar al que lograban con un acceso tradicional a Internet. A la hora
de usar WAP se encontraron con que el teléfono no reproducía correctamente el contenido y,
32
en suma, distaba largamente de un acceso cómodo a Internet. No obstante lo anterior, aunque
más lento que lo esperado en un principio, WAP se ha ido masificando, se han creado nuevos
portales y los teléfonos han incorporado el protocolo entre sus características. Actualmente
constituye una importante puerta de entrada ante limitaciones en el acceso a los sitios
tradicionales de la web.
Las tecnologías de tercera generación, y en particular UMTS, facilitan la navegación en
Internet, principalmente al permitir tasas de transferencia más elevadas, incluso comparables
con algunas conexiones fijas de banda ancha, que finalmente reducen los tiempos de espera a
niveles aceptables. Aún persisten restricciones impuestas por las características del aparato
móvil, en cuanto, por ejemplo, al tamaño de la pantalla y la ausencia de teclado. Actualmente la
mayoría de los terminales tienen pantalla a color, con distintos niveles de resolución, y han
aparecido modelos que buscan agrandar la pantalla y que incluso han incorporado teclado. En
la Figura 15 se observan distintos teléfonos con estas características, donde el de la izquierda
representa el modelo básico, y el de la derecha cuenta con teclado y pantalla de mayor
resolución, apuntando a una mejor experiencia en la navegación en Internet.
Figura 15: Distintos teléfonos móviles.
Pero, independiente de las características del terminal, UMTS ofrece la posibilidad de
acceso a páginas web a una velocidad considerablemente mayor a lo ofrecido por sistemas de
segunda generación. Más aún, al diferenciarlo como servicio interactivo, se prioriza el tiempo
transcurrido entre la petición y el despliegue de la página en pantalla.
La utilización de HSDPA reduce aún más los tiempos de espera durante la navegación
en Internet, aumentando la velocidad de transferencia de datos por sobre muchas opciones de
banda ancha fija, gracias a su alta eficiencia espectral y a la rápida retransmisión de la
información recibida con errores. Además, el hecho de que no mejore el enlace ascendente no
influye mayormente en la percepción final, puesto que, normalmente, en una sesión de
búsqueda en Internet, el tráfico es mayor en el enlace descendente, al centrarse en la descarga
del contenido de la página visita. De esta forma, la espera a que la página cargue totalmente se
reduce notoriamente frente a una conexión sin HSDPA.
Considerando la posibilidad de conexión con HSDPA vía un laptop, se eliminan todas las
restricciones que impone el teléfono móvil. Ahora la comparación pasa a ser directa con una
conexión vía cable o Wi-Fi, y por la misma razón, el usuario esperará un rendimiento a la altura
de dichas conexiones. Ya se vio que, en cuanto a velocidades de transferencia, HSDPA logra
promedios similares a los alcanzables con estos tipos de conexiones, por lo que, en general, no
se experimentará una navegación más lenta. La diferencia aparece en el plano de la movilidad.
Tanto con accesos por cable como por Wi-Fi, el usuario debe permanecer en un emplazamiento
fijo, mientras que con HSDPA podrá estar desplazándose sin perder la conexión.
33
Cierto es que, al estar en movimiento, las tasas de transferencia se ven reducidas con
respecto a un escenario fijo, sin embargo, esta posibilidad de movilidad sólo la entrega HSDPA,
haciendo posible la navegación en Internet con un computador portátil, por ejemplo, al interior
de un vehículo que se desplaza por la ciudad.
3.3.6. Descarga de Contenidos
Como descarga de contenidos en general se agrupa a todos los servicios que significan
la descarga al terminal de alguna clase de datos. Como ejemplos se pueden citar la descarga
de ringtones, música en formato mp3, video clips, juegos o aplicaciones. El tamaño de estos
archivos puede variar desde algunos kilobytes, por ejemplo en ringtones, hasta los megabytes,
para el caso de archivos mp3.
El factor principal en la descarga de contenidos es el tiempo que tomará en completarse
la transferencia, entendiendo que se debe recibir el archivo sin pérdida de información. En este
sentido, HSDPA potencia notablemente la descarga de archivos de gran tamaño, como música
o videos, tardando típicamente menos de un minuto para archivos de unos cuantos megabytes.
Esto marca una diferencia importante a lo que permite la primera versión de UMTS, que tardaría
más de un minuto en la descarga de archivos de tamaño considerable, y como ya fue dicho, el
usuario percibirá un mal servicio si debe esperar un tiempo tan largo para que se complete la
transferencia.
3.3.7. Juegos en Línea
Otra posibilidad que facilita ampliamente la tercera generación en el plano de la
entretención la constituye la de los juegos interactivos y de varios jugadores. El método ya
usado en sistemas de segunda generación consiste en descargar una aplicación al terminal y
jugar sobre esta aplicación. El juego puede ser personal, sin necesidad de mantener una
conexión para llevarse a cabo, o bien ser interactivo, y jugarse en conjunto con otros usuarios
que han descargado la misma aplicación a sus teléfonos.
Las condiciones para el aceptable funcionamiento de los juegos se refieren
principalmente a los tiempos de latencia en la red y retardos en los tiempos de transmisión, y no
al ancho de banda requerido, puesto que éste resulta ser bastante bajo en comparación con
otros servicios aquí mencionados. Dado que se utiliza una aplicación en cada terminal, no es
necesario enviar la imagen instantánea, sino que ésta es generada en cada terminal, y sólo se
envía información de las acciones y/o decisiones tomadas por el jugador.
Para analizar más en detalle los requerimientos de red de los juegos en línea, resulta
conveniente dividirlos en categorías según el tipo de juego y las restricciones que condicionan
su correcto funcionamiento. Así, se pueden reconocer tres categorías fundamentales:
•
Juegos de acción en tiempo real.
•
Juegos de estrategia en tiempo real.
•
Juegos que no son en tiempo real.
En la primera categoría, juegos de acción en tiempo real, se ubican, por ejemplo, los
juegos en primera persona tipo Doom o Quake, los de carreras de autos o los de peleas. Se
caracterizan por tener gran dinamismo y requerir respuestas rápidas del usuario. Pueden ser
jugados en simultáneo por más de un jugador. Se espera que para este tipo de juegos se logre
34
un tiempo de transmisión de extremo a extremo menor a 150 ms, con un jitter no superior a 10
ms, y una pérdida de paquetes máxima de 5%.
Los juegos de estrategia en tiempo real se caracterizan por ser menos dinámicos que los
juegos de acción, requerir respuestas levemente más lentas, y ser jugados por varios jugadores
en simultáneo. El tiempo de transmisión de extremo a extremo deberá ser menor a 500 ms,
siendo preferible reducirlo por bajo los 250 ms, con una pérdida de paquetes no superior a 1%.
Los juegos en tiempo no real, tales como ajedrez o juegos de cartas, son los que
presentan requerimientos más relajados en los tiempos de transmisión y retrasos, pudiendo
esperarse hasta varios segundos en la transmisión de extremo a extremo. La pérdida de
paquetes debe ser nula.
Con estos requerimientos, bastante estrictos para el caso de los juegos de acción en
tiempo real, resulta clara la ventaja de utilizar una conexión HSDPA por sobre UMTS, y más
aún en comparación con tecnologías de segunda generación, que no logran tiempos de
transmisión tan reducidos. Con UMTS se logra una latencia cercana a 200 ms, permitiendo
alcanzar los tiempos críticos para todas las categorías de juegos. Sin embargo, dependiendo de
las condiciones radioeléctricas del enlace, estos requisitos podrían no cumplirse al necesitar de
variadas retransmisiones para alcanzar el valor objetivo de pérdida de paquetes, por ejemplo.
Entonces se hace importante la utilización de HSDPA, con sus rápidos mecanismos de
transmisión, que facilitarán el correcto despliegue de los juegos de tiempo real.
3.4. HSDPA Rel-7
Además de las características ya mencionadas de HSDPA, el 3GPP ha seguido
desarrollando mecanismos que permiten mejorar aún más los tiempos de transmisión en el
enlace descendente. Una técnica que está en estudio en el marco del Rel-7 es la llamada
MIMO, la cual se explica a continuación. También se estudió una técnica de selección rápida de
celdas (Fast Cell Selection, FCS), en que el terminal móvil indicara la mejor celda para la
comunicación en el downlink, de modo de minimizar interferencias y aumentar la capacidad del
sistema, sin embargo, fue descartada por no representar mejoras considerables. Otra técnica
también descartada para HSDPA es la llamada Standalone DSCH, en que se proponía otro
canal DSCH sobre una portadora diferente.
3.4.1. MIMO para HSDPA
MIMO significa Multiple Input Multiple Output, es decir, múltiples entradas y múltiples
salidas. En general, el término MIMO aplicado a comunicaciones inalámbricas se refiere a la
utilización de múltiples antenas tanto en el emisor como en el receptor. La idea de utilizar MIMO
en HSDPA apunta a aumentar las tasas de transferencia aprovechándose del principio de
propagación multitrayectoria, dejando de verlo como un problema.
La utilización de más de una antena en el transmisor, en este caso en el Nodo B, se
puede aprovechar para generar diversidad en la transmisión, y así reducir los efectos de los
desvanecimientos, o bien para aumentar directamente el throughput utilizando multiplexión en el
espacio. La utilización de más de una antena en el receptor, es decir, en el terminal, también
puede ser aprovechada en generar diversidad. Pero si se dispone de múltiples antenas tanto en
el Nodo B como en el móvil, se puede utilizar la técnica conocida como re-uso de código. Con
esta técnica, cada par de códigos de spreading/scrambling asignados al canal HS-DSCH puede
modular hasta M stream de datos, donde M es el número de antenas transmitiendo. En el
35
receptor, para diferenciar cada stream de datos bajo los mismos códigos, se necesitan al menos
M antenas, basándose en las diferencias espaciales (multiplexión espacial). Así, el throughput
se puede aumentar en un factor de M.
Para el correcto reconocimiento de los distintos streams de datos, códigos ortogonales
son agregados a cada antena y enviados por el canal piloto común (CPICH, Common Pilot
Channel). Estos códigos son llamados símbolos pilotos, y permiten al receptor identificar en
cada antena el stream correspondiente. La Figura 16 muestra un diagrama de bloques de cómo
la información es separada en los distintos streams. Una señal de alta tasa de bits que ya pasó
por los procesos de codificación de canal, rate matching e interleaving, es demultiplexada en los
N códigos de spreading a usar. Luego, cada stream se lleva a la antena respectiva, donde se
agrega la secuencia de símbolos pilotos y luego el código de scrambling.
M substreams
Spreading code 1
Pilot 1
Spread
data
Coded
high rate
data stream
Spread
data
Multicode
Scrambling code
Ant 1
+
Ant M
Spreading code 2
demux
Pilot M
Spread
data
M substreams
+
Spreading code N
Fuente: [25]
Figura 16: Diagrama de bloques de un transmisor MIMO.
Esta técnica ha sido incorporada como parte del Rel-7, y con la utilización de 2 antenas
en el transmisor y en el receptor, se logra doblar la velocidad de transmisión, llegando a un
máximo teórico de 28.8 Mbps
3.5. Más Allá de HSDPA
Se ha visto cómo HSDPA es capaz de mejorar principalmente la velocidad de
transmisión en el enlace descendente, permitiendo el funcionamiento de nuevos servicios a los
ya ofrecidos con el estándar UMTS. Como es de esperar, no sólo HSDPA continúa su
evolución, sino que además van apareciendo nuevos sistemas que mejoran el rendimiento
global de la comunicación de datos en redes móviles. Así como IMS potencia el tráfico de
paquetes por la red, la interfaz radioeléctrica debe seguir a la par esta evolución para soportar
la creciente demanda de aplicaciones que requieren de grandes cantidades de transferencia de
información.
36
3.5.1. E-DCH
Una pregunta natural que puede aparecer al estudiar HSDPA es qué pasa con el enlace
ascendente. Si bien los beneficios introducidos con las mejoras al enlace descendente son
notables, parece natural buscar alternativas que permitan rendimientos similares en el enlace
ascendente. Es aquí donde aparece HSUPA (High Speed Uplink Packet Access), el
complemento lógico de HSDPA. HSUPA, también llamado E-DCH (Enhanced Dedicated
Channel), se basa en las mismas características de HSDPA para lograr mayores velocidades
de transferencia de datos y menores tiempos de latencia. Esta tecnología aparece en el
contexto del Rel-6 del 3GPP.
Las principales técnicas utilizadas por HSUPA son:
•
Un nuevo canal dedicado en el enlace ascendente.
•
HARQ.
•
Programación rápida (en el Nodo B).
•
Modulación de orden mayor (16QAM).
Sin embargo, aparecen modificaciones fundamentales con respecto a HSDPA, dadas las
diferencias de los enlaces en una y otra dirección. La principal diferencia tiene que ver con la
potencia de transmisión, que en el enlace ascendente no está centralizada, sino distribuida en
cada equipo y sus capacidades. En cuanto al control de potencia, se debe considerar el
problema de la interferencia de co-canal propio de los sistemas CDMA.
Otra diferencia la marca el hecho de asignar un código de scrambling a cada terminal, lo
que se traduce en una mayor disponibilidad de códigos para la comunicación.
En HSUPA, al contrario que en HSDPA, el valor de SF no es fijo, pudiendo ser de hasta
SF=2, en tanto que la duración de un TTI puede ser de 2 ms o de 10 ms.
En suma, con HSUPA se logra una velocidad máxima teórica en el enlace ascendente
de 5.76 Mbps, en contraste con el máximo de 384 kbps alcanzable con UMTS Rel-5. No
obstante HSUPA puede operar con o sin HSDPA, a la hora de su implementación
probablemente ya se dispondrá de HSDPA, y se tendrá la operación en conjunto de los dos
sistemas, a lo cual se le llama HSPA, que logra altas velocidades de transmisión en ambas
direcciones de la comunicación.
3.5.2. LTE
Con HSPA se logran rendimientos considerablemente mayores a los que actualmente se
obtienen con UMTS R99, pronosticándose una exitosa operación, al menos durante esta
década, en los países que ya están implementando HSDPA. No obstante lo anterior, el 3GPP
ya está trabajando en un proyecto que permitirá ofrecer servicios aún más avanzados. Es el
llamado Long Term Evolution (LTE) de UTRAN, que tiene como objetivos principales no sólo
permitir la existencia de servicios más complejos, sino también reducir los costos de operación
del usuario y del operador. Para lograrlo se busca aumentar tanto la cobertura como la
capacidad del sistema, además de aumentar las velocidades de transmisión y reducir los
tiempos de latencia.
Se espera que las primeras especificaciones de LTE aparezcan hacia finales de 2007, y
su entrada al mercado se produzca alrededor de 2010.
37
Los objetivos específicos que se pretender alcanzar son los siguientes:
•
Ancho de banda flexible, entre 1.25 MHz y 20 MHz.
•
Velocidades máximas en el enlace descendente de 100 Mbps (frente a los 14.4 Mbps de
HSPA Rel-6).
•
Velocidades máximas en el enlace ascendente de 50 Mbps (frente a los 5.76 Mbps de
HSPA Rel-6).
•
Latencia entre el terminal y la estación base menor a 10 ms para anchos de banda
mayores a 5 MHz, y menor a 5 ms para anchos de banda menores a 5 MHz.
•
2 a 4 veces mayor capacidad que con HSPA Rel-6.
Para lograr estos rendimientos se estarían cambiando las tecnologías de acceso. En el
enlace descendente la solución será usar OFDMA, mientras que en el enlace ascendente se
adoptaría Single Carrier FDMA (SC-FDMA).
3.5.3. SAE
De la mano con la evolución en las tecnologías de acceso, se requieren también
cambios en la arquitectura de la red que permitan soportar la mayor cantidad de tráfico que
circulará. Con esta idea, junto con la consabida convergencia de redes, el 3GPP está
estudiando la evolución de la arquitectura de las redes UMTS en el llamado System Architecture
Evolution (SAE), centrándose en el dominio de conmutación de paquetes (PS), y entendiendo
que la voz se manejará en este dominio. Para lograr estos objetivos se deberán crear nuevas
entidades en el núcleo de la red. Sus principales objetivos son:
•
Soportar el tráfico generado con LTE.
•
Permitir la evolución a una red exclusivamente IP.
•
Soportar la movilidad y transparencia entre distintas redes de acceso.
3.5.4. Evolución de HSPA (HSPA+)
Si bien el futuro apunta a la adopción de LTE y SAE, mientras esto no suceda se
seguirán mejorando las características de HSPA, en ambos enlaces, en cuanto a tasas de
transmisión, latencia y eficiencia espectral. A esta evolución se le llama HSPA+, y pretende ser
un paso intermedio hacia LTE, de modo que su adopción final cause el menor impacto y permita
la coexistencia de ambas.
Con HSPA+ se espera lograr características similares a las de LTE, pero manteniéndose
restringida a la banda de 5 MHz, y con un enfoque hacia la conmutación de paquetes, utilizando
sólo canales compartidos.
38
3.6. Comparación de Tecnologías
3.6.1. CDMA2000
La otra gran familia de tecnologías de tercera generación que está bajo operación en el
mundo es la llamada CDMA2000, con más de 35 millones de abonados principalmente en
Estados Unidos y el Asia Pacífico. CDMA2000 ha sido la evolución de las tradicionales redes de
CDMA (IS-95), llamadas CDMAOne, basando su interfaz de radio en otra de las tecnologías
definidas por la ITU en IMT-2000.
Su primera versión fue CDMA2000 1xRTT (One carrier Radio Transmisión Technology),
la cual ha sido implementada por más de 170 operadores en el mundo. Sin embargo, este
sistema se suele considerar como parte de 2.5G, dado las velocidades de transmisión que
alcanza, que son comparables a las logradas por EDGE. Permite una velocidad máxima de
transmisión de 307 kbps, con promedios cercanos a 120 kbps.
Ya como 3G propiamente tal aparece CDMA2000 1xEV-DO (EVolution-Data Optimized),
alcanzando velocidades máximas en el enlace descendente de 2.4 Mbps, y promedios de
transferencia entre los 400 y 700 kbps. A finales de 2006 ya existían más de 50 operadores
comercializando EV-DO en su primera versión, o revisión 0 (rev 0).
Un avance a este último sistema lo constituye CDMA2000 1xEV-DO rev A (revisión A),
que aumenta el máximo a 3.1 Mbps en el enlace descendente, pero también mejora el enlace
ascendente, llegando a un máximo de 1.8 Mbps. En octubre de 2006 se comenzó a
comercializar la primera red EV-DO rev A en San Diego, EE.UU.
Todas estas tecnologías CDMA2000 operan en una banda de 1.25 MHz de ancho, y
utilizan técnicas similares a las de HSDPA para mejorar la eficiencia espectral, tales como AMC,
con modulaciones de orden superior, y codificación turbo. Para lograr velocidades notablemente
mayores se considera la utilización de hasta 15 portadoras de 1.25 MHz, ocupando así hasta 20
MHz de espectro. Esta es la llamada revisión B de EV-DO, alcanzando hasta 73.5 Mbps y 27
Mbps en los enlaces descendente y ascendente, respectivamente. Sobre una portadora de 1.25
Mhz se lograrían hasta 4.9 MHz en el enlace descendente. Este sistema no ha sido
comercializado aún.
Por otro lado, como complemento de EV-DO, que considera un canal para la transmisión
de datos, se consideró EV-DV (EVolution-Data/Voice) para la coexistencia en el mismo canal de
datos y voz, pero esta solución no ha sido adoptada por los operadores, que ya han desplegado
EV-DO.
Así, uno de los principales inconvenientes de las tecnologías EV-DO es que sólo
consideran un canal de alta velocidad para sesiones de datos, relegando la voz (conmutación
de circuitos) a los canales 1xRTT, que tienen una limitada eficiencia espectral. Esto impide al
operador asignar dinámicamente los recursos de su espectro a las sesiones de datos y voz,
como sí lo hace UMTS, al contar con canales diferenciados para cada tipo de comunicación. En
la Figura 17 se ilustra esta situación, en que un operador EV-DO deberá resignar capacidad
destinada a voz cuando los canales 1xRTT no estén siendo completamente utilizados, sin poder
asignarla a sesiones de datos, o bien bloquear llamadas de voz si se completan los canales
1xRTT, aún disponiendo de capacidad en los canales para datos.
Este problema se puede ver parcialmente resuelto con la utilización de VoIP en EV-DO
rev A, que incluye altas velocidades en ambos sentidos y mecanismos de calidad de servicio
39
incorporados, y que podría empezar a operar durante 2007. Pero, de todas formas, se deberán
reservar canales para los terminales que no soporten comunicación de voz por un canal EV-DO.
Con UMTS este problema no existe, pudiendo coexistir el tráfico por conmutación de
circuitos y de paquetes sobre el mismo canal de radio. A la vez, esto permite el manejo, por
parte de los usuarios, de sesiones simultáneas de voz y datos, lo cual se ve obstaculizado con
la separación de canales de CDMA2000.
Fuente: [5]
Figura 17: Comparación de CDMA2000 con UMTS en el manejo de los recursos de radio.
Al margen de estas diferencias descritas, a nivel de usuarios, CDMA2000 es capaz de
ofrecer la misma gama de servicios que en general se enmarcan como servicios de tercera
generación. De acuerdo a cada nivel de evolución de la tecnología, al igual que con UMTS, se
tendrán distintas cualidades en cada uno de los servicios, de acuerdo a los requerimientos de
red que necesiten.
3.6.2. WiMAX
WiMAX es el nombre que recibe la familia de tecnologías de acceso inalámbrico definida
por la IEEE en sus estándares 802.16. Originalmente, el primer estándar 802.16, terminado en
2001, se enfocaba en comunicaciones punto a punto con línea de vista y en frecuencias entre
los 10 GHz y los 66 GHz, características totalmente distintas a lo que actualmente constituye la
tecnología WiMAX, y que hacen necesaria su comparación a la hora de hablar de tecnologías
celulares de tercera generación.
En 2003 aparece el estándar 802.16a, que se ve mejorado al año siguiente con el
estándar 802.16-2004, y donde ya se encuentran las características principales de WiMAX. La
frecuencia de operación ahora está entre 2 GHz y 11 GHz, y se permite la comunicación punto
a multipunto sin línea de vista. Pero una de sus principales ventajas es que con sólo una
estación base se puede cubrir un área de más de 40 kilómetros a la redonda. Si a esto se le
suma que permite alcanzar velocidades de transferencia comparables a las de los accesos por
40
cable o DSL, incluso llegando en condiciones idóneas a alcanzar 70 Mbps, se entiende que se
presente como una alternativa atractiva de acceso inalámbrico. En condiciones típicas de
operación WiMAX permite alcanzar hasta 40 Mbps en un radio de hasta 10 kilómetros.
La familia de estándares se ve completada en 2005 con la aparición del 802.16e, que
incluye la movilidad como principal característica, lo cual amplía considerablemente la gama de
posibilidades. Ya no sólo se ve como una opción de acceso inalámbrico a Internet, similar a lo
que hace Wi-Fi, pero a nivel metropolitano, sino que permite la movilidad del terminal, lo cual la
acerca al terreno de la telefonía móvil. En condiciones de movilidad, y en un radio de 3
kilómetros, se alcanza una velocidad máxima de 15 Mbps.
Para lograr estas características, WiMAX utiliza mecanismos similares a los de HSDPA,
como modulación de orden superior, seleccionándola dinámicamente junto a la codificación de
acuerdo a las condiciones del enlace, y Hybrid ARQ. Además, al igual que LTE, utiliza OFDMA,
que presenta un mejor rendimiento para anchos de banda superiores a 10 MHz.
Los estándares 802.16-2004 y 802.16e no son compatibles entre sí, básicamente porque
utilizan distintos tipos de OFDM. 802.16-2004 utiliza OFDM con 256 sub-portadoras, mientras
que la versión móvil utiliza OFDM escalable (SOFDM), ajustándose entre 128 y 2048 subportadoras de acuerdo a la calidad de canal y los requerimientos del usuario, mejorando así la
eficiencia espectral. Sin embargo, no incluye la posibilidad de usar 256 sub-portadoras,
haciéndose incompatible con la versión 8002.16-2004.
Con todo, WiMAX no sólo constituye una solución de última milla, pudiendo funcionar
también como backhaul para una cantidad de sitios Wi-Fi. Sin embargo, en el plano del acceso
es donde se presenta como posible competidor para tecnologías de tercera generación. De
hecho, en Estados Unidos, el operador de CDMA2000 Sprint Nextel ya anunció el desarrollo de
una red WiMAX para ser lanzada al mercado el año 2008.
La tecnología WiMAX ha sido diseñada para el tráfico de datos, y es por eso que para
ofrecer servicios de voz debe utilizar necesariamente VoIP, al no contar con mecanismos de
conmutación de circuitos. Es aquí donde se presenta una diferencia importante, al correr
WiMAX con ventaja sobre los servicios de datos, pero a su vez 3G tener la ventaja sobre los
servicios de voz. Entonces aparece la posibilidad de concentrar el tráfico de datos con WiMAX y
dejar la voz para las tecnologías celulares, tal vez incluso de segunda generación.
Pero otro tema de importancia radica en el costo de los equipos. UMTS ya está siendo
utilizado por cerca de 100 millones de usuarios en el mundo, en tanto que WiMAX recién está
entrando al mercado, y se proyecta que para 2010 habrá sólo alrededor de 16 millones de
usuarios. Las economías de escala reducen así considerablemente el costo de equipos UMTS
frente a WiMAX.
Por otro lado, se habló de que WiMAX logra alcanzar 15 Mbps bajo movilidad, bastante
similar a lo que ofrece HSDPA. En el enlace ascendente WiMAX sí presenta ventajas
tecnológicas, con mayor capacidad y eficiencia espectral que incluso lo que logra HSUPA. Pero
hay que considerar la fecha de comercialización, que se estima entre 2007 y 2008. Para esa
fecha, UMTS ya contará con un gran despliegue de HSPA, y se estarían llevando a cabo las
mejoras que introduce el Rel-7, e incluso lo que pasa a ser HSPA+.
En suma, WiMAX representa una gran alternativa para el acceso inalámbrico fijo,
principalmente en zonas en que no se cuenta con última milla, así como soluciones de
conectividad para empresas, y complementándose con Wi-Fi en zonas metropolitanas, como
tecnología de acceso y de red vertebral. En el plano de la telefonía móvil no es claro que sea un
competidor directo con 3G, no obstante hay quienes apuestan a entrar en este mercado.
41
Capítulo 4
4. UMTS/HSDPA EN CHILE
En el capítulo 3 se analizaron las características tecnológicas de HSDPA, entendiendo
cómo logra alcanzar un máximo de transferencia de 14.4 Mbps, con un promedio superior a 1
Mbps, y cómo logra reducir la latencia en la red por bajo los 100 ms. También se analizó cómo
cada una de estas características favorece la prestación de ciertos servicios, marcando una
diferencia práctica, desde el punto de vista del usuario, con respecto a la primera versión de
UMTS. En el presente capítulo se aborda el plano comercial en que se desenvuelve HSDPA,
revisando el nivel de adopción por parte de los operadores en el mundo, lo cual permite formar
una idea del éxito que está teniendo esta tecnología, y en particular se estudia el caso chileno,
en que se ha lanzado recientemente por parte de un operador.
4.1. Contexto Mundial
Los operadores de UMTS han mostrado un considerable interés por actualizar sus redes
para ofrecer HSDPA. Así lo demuestra el hecho de que la mayoría de los operadores que ya
ofrecen UMTS, si no están comercializando además HSDPA, están en etapa de desarrollo de
este sistema. Por otro lado, algunos operadores de GSM que aún no lanzan sus redes UMTS,
pero lo harán en el corto plazo, ya están estudiando la incorporación de HSDPA.
Con todo, para la implementación de HSDPA, primero el operador debe actualizar su red
de segunda generación al sistema UMTS. Así, resulta básico estudiar el grado de
comercialización de UMTS. Además, entendiendo que la base para UMTS son las redes GSM,
no es menor el hecho de que esta tecnología de segunda generación sea la que predomina a
nivel mundial. De acuerdo a lo informado en su sitio web por 3G Américas, asociación que
promueve el desarrollo de la familia de tecnologías GSM/UMTS en el continente americano, la
Figura 18 muestra claramente esta situación, comparando la participación de mercado de las
distintas tecnologías a nivel mundial, a septiembre de 2006.
Fue en 2001 cuando NTT DoCoMo lanzó en Japón la primera red UMTS del mundo.
Pero a partir de 2003 empieza a comercializarse esta tecnología con gran fuerza, entrando en
servicio múltiples redes en diversos países, principalmente en Europa. Hasta la fecha siguen
entrando en operación nuevas redes UMTS, y se siguen otorgando licencias que prometen una
expansión aún mayor de esta tecnología.
A diciembre de 2006, 147 operadores ofrecían UMTS en 64 países, abarcando a más de
90 millones de usuarios. Por ejemplo, en Europa, países como Alemania, Grecia o el Reino
Unido ya cuentan con todos sus operadores ofreciendo UMTS, en tanto que, en el extremo
opuesto, en países como Serbia o Ucrania, recién en 2007 se habilitarán las primeras redes.
Fuera de Europa la situación es relativamente similar, dependiendo del sector
geográfico. Por ejemplo, en Estados Unidos, si bien se comercializa UMTS desde 2004, está en
fuerte competencia con redes 3G de CDMA2000. La cantidad de usuarios de tecnologías de
CDMA en ese país es algo superior a la de usuarios de GSM/UMTS. En tanto, en otros países
42
alrededor del globo ya se está comercializando UMTS, como por ejemplo en Filipinas, Kuwait,
Sudáfrica o Australia.
Esta expansión se ve reflejada en un rápido crecimiento en la cantidad de suscriptores
de UMTS. A comienzos de 2006 se alcanzó la cifra de 50 millones de usuarios, viéndose casi
doblada para el final del año.
Fuente: [30]
Figura 18: Cantidad de suscriptores a nivel mundial por tecnología.
En cuanto a HSDPA, a diciembre de 2006, ya lo ofrecían 94 operadores en 51 países, lo
que también marca una rápida expansión, al considerar que se comercializó por primera vez en
noviembre de 2005 en la Isla de Man.
La versión de HSDPA que se ha llevado al mercado es la definida en el Rel-5, sin llegar
a implementar aún ninguna de las características posteriores, como las definidas a partir del
Rel-6.
El escenario típico es que, posterior al lanzamiento de UMTS, el operador realiza la
actualización a HSDPA. Sin embargo ha habido operadores que han apostado por un
lanzamiento conjunto de UMTS/HSDPA durante 2006 (casos en Arabia Saudita y Estonia, por
ejemplo), y otros que planean hacerlo a futuro.
Para un análisis detallado de cada uno de los países que han desarrollado o planean
desarrollar alguna red UMTS, el anexo C indica, desagregado por operador, la fecha de puesta
en marcha del sistema, o bien la fecha en que se estima que esto sucederá. También se indican
las fechas en que empezó o empezará a operar HSDPA, para los operadores que la han
incorporado o se han comprometido a hacerlo.
43
4.2. Escenario Latinoamericano
Mientras en el mundo más del 80% de los abonados de telefonía celular pertenecen a la
familia de tecnologías GSM/UMTS, en Latinoamérica esta cifra es cercana al 65%. Esta
diferencia se debe principalmente a la permanencia de suscriptores TDMA en la región, cuya
migración a otras tecnologías se ha visto más retrasada en comparación con el promedio
mundial. En la Figura 19 se puede apreciar claramente este hecho, con datos a septiembre de
2006 según 3G Américas, indicando la participación de mercado de las tres principales
tecnologías existentes en Latinoamérica. Se observa una disminución en el caso de TDMA
desde septiembre de 2005 a septiembre de 2006, pero aún manteniendo un 12% de
participación, en contraste con el 1.7% a nivel mundial. También se observa el fuerte
crecimiento que ha experimentado GSM en comparación con CDMA, afianzándose como la
principal tecnología celular en la región.
Fuente: [30]
Figura 19: Suscriptores por tecnología en Latinoamérica.
La primera red UMTS en operar en Latinoamérica fue la del operador uruguayo ANCEL,
que en julio de 2006 lanzó una red de prueba, abarcando parte de Montevideo, con más de 100
usuarios seleccionados para experimentar servicios principalmente de videotelefonía y
streaming de audio y video. El operador colombiano Ola también ha realizado pruebas de
UMTS durante 2006. Según 3G Américas, ambos operadores estarían en condiciones de
comercializar los servicios de UMTS para comienzos de 2007. Por otro lado, Telcel, de América
Móvil, está desarrollando en México una red UMTS para ser lanzada durante 2007.
Sin embargo, la primera red en ser lanzada al mercado en la región es la red de
UMTS/HSDPA que ENTEL PCS ha desarrollado en Chile. Con fecha de inicio en diciembre de
2006, ésta es la primera comercialización de servicios de tercera generación en América Latina.
44
4.3. El Caso Chileno
Dentro de América Latina, Chile es un país sobresaliente en el tema de la telefonía
móvil, adoptando tempranamente las nuevas tecnologías que han marcado la pauta del
desarrollo de este sector, como ocurrió con GSM, y presentando los más altos índices de
penetración, superando ya largamente el 70%.
En lo que a tercera generación se refiere, Chile tampoco se queda atrás. ENTEL es el
primer operador en Latinoamérica en ofrecer servicios de tercera generación, orientados
primeramente a la conexión de banda ancha móvil a Internet mediante HSDPA.
Pero la incorporación de estas nuevas tecnologías va ligada directamente con otros
temas que se escapan del ámbito meramente técnico, como lo son el factor legal,
principalmente en lo referente a las bandas de frecuencia, así como aspectos comerciales que
guardan relación con la demanda que tendrían los servicios y los costos involucrados, en
particular, el valor final que el usuario deberá cancelar por el terminal y los servicios.
4.3.1. Análisis del Sector
En Chile existen tres operadores de telefonía móvil, Movistar, ENTEL y Claro, con
distintas participaciones de mercado, como se ve en la Figura 20, siendo Movistar la empresa
con mayor número de clientes, con más de 5 millones de abonados.
Claro
18,8%
Movistar
43,4%
Entel
37,8%
Figura 20: Participación de mercado de los tres operadores móviles en Chile.
Movistar nació en 2004 como la fusión entre Telefónica Móvil de Chile, filial de
Telefónica CTC, y Bellsouth, de propiedad estadounidense. En ese año, Telefónica Móviles,
filial de Telefónica España, compró los activos en Latinoamérica de Bellsouth, a la vez que
adquirió a Telefónica Móvil de Chile. De esta forma, Movistar se convirtió en la empresa con
mayor participación de mercado en la telefonía móvil en Chile, al juntar el 29% con que contaba
Telefónica Móvil y el 15% de Bellsouth, y desplazando así a ENTEL del primer lugar, que
mantenía cerca del 43%.
ENTEL, a partir de 2005 está en manos del grupo nacional Almendral, luego que éste
comprara a Telecom. Italia la totalidad de su participación en la empresa, correspondiente al
54.76% de las acciones.
45
Claro es el nuevo nombre de lo que, hasta 2006, se llamó Smartcom. Esta última,
propiedad de Endesa España, fue adquirida en 2005 por la empresa mexicana Telmex, de
Carlos Slim, a través de su filial América Móvil. Esto ha supuesto un fuerte aumento en la
competencia en el sector, entendiendo que América Móvil es el principal operador de telefonía
Móvil en Latinoamérica, con más de 100 millones de suscriptores, y se ha reflejado en la fuerte
campaña publicitaria que se ha llevado a cabo desde el lanzamiento al mercado del nombre de
Claro.
La tecnología que mayoritariamente se utiliza, como ya se dijo, es GSM, en más del 70%
de los abonados. Los tres operadores ofrecen sus servicios sobre GSM, no obstante Movistar
aún mantiene un importante número de clientes TDMA, y Claro, que adoptó este estándar luego
de la llegada de América Móvil a Chile, aún mantiene gran número de clientes CDMA, que es la
tecnología que utilizaba Smartcom. Así, se entiende que el número de usuarios de GSM seguirá
incrementándose, adquiriendo nuevos clientes desde dos fuentes: los antiguos usuarios de las
tecnologías TDMA y CDMA, ya en retirada, y a su vez a través de nuevos usuarios que
ingresen a la telefonía celular, llevando al índice de penetración incluso por sobre el 80%, no
obstante el aumento en la base de clientes será más lento al experimentado hasta ahora, al
estar, en cierto sentido, saturándose el mercado.
Con la tecnología GSM, y con la utilización de GPRS, y en algunos casos de EDGE, los
operadores ofrecen una gran variedad de servicios, pasando por la mensajería de texto y
multimedia, navegación WAP, correo electrónico, y descarga de ringtones, música en formato
mp3 y juegos. El detalle de los servicios a los que se puede acceder mediante las distintas
plataformas varía de un operador a otro, como por ejemplo la funcionalidad de Push to Talk, o el
monitoreo y control de la alarma de la casa a distancia. También se ofrecen servicios de
televisión móvil, pudiendo acceder a la programación de ciertos canales del medio local.
Además, se ha masificado la tecnología bluetooth, permitiendo no sólo la conexión con un
computador sino también la utilización de manos libres inalámbricos.
Con todo, se ha aprovechado de gran manera la tecnología de 2.5G, con tráfico de datos
mediante GPRS. Sin embargo, al analizar el total del tráfico cursado en teléfonos móviles,
queda claro que su principal uso está en las tradicionales llamadas de voz, y que el tráfico de
datos ocupa sólo una mínima parte del total. Esto se observa en la Figura 21, en donde se
grafica, en base a información de la Subtel para el período Junio de 2004 – Junio de 2005, el
porcentaje de tráfico desde y hacia teléfonos móviles, teléfonos fijos, servicios complementarios
(SSCC), larga distancia internacional (LDI) e Internet, marcando este último ítem sólo el 0.1%
del total del tráfico. Sin embargo, el tráfico de teléfonos móviles a Internet experimentó en este
período un aumento de 41.9% respecto al período Junio de 2003 – Junio de 2004, marcando la
variación más importante de cualquiera de los ítems citados, demostrando el creciente interés
de los usuarios por acceder a Internet desde un teléfono móvil.
En cuanto a tercera generación se refiere, si bien resulta importante este aumento en el
interés de los usuarios de telefonía celular por acceder a Internet desde sus teléfonos, también
se deben considerar los otros servicios que se ofrecen y que no guardan relación con la
navegación en Internet, como por ejemplo la videotelefonía. Por esta razón, los beneficios para
el operador que actualice su red a UMTS no sólo se enmarcan en el reducido pero creciente
tráfico de teléfonos móviles a Internet.
46
Móvil - Móvil
57,9%
Móvil - SSCC
1,3%
Otros
2,5%
Móvil - Internet
0,1%
Móvil - LDI
1,2%
Móvil - Fijo
39,6%
Figura 21: Descomposición del tráfico desde y hacia teléfonos móviles.
4.3.2. Asignación de Frecuencias
Un tema de vital importancia en el desarrollo de la tecnología UMTS ha sido las bandas
de frecuencia sobre las que opera. Originalmente concebida para operar en las bandas de 1900
para el enlace ascendente y 2100 para el enlace descendente, debido a la utilización de estas
bandas para otros servicios en los distintos países, se han propuesto otras bandas de operación
(ver sección 2.2.3), dándole mayor flexibilidad a la implementación, pero perdiendo en parte el
beneficio de una banda única para el roaming internacional, así como la homogeneidad en los
equipos y las economías de escala.
La banda original, llamada “core band”, fue la adoptada en Europa, pero presenta el
problema que el segmento dedicado al enlace ascendente, entre 1920 MHz y 1980 MHz,
coincide con la banda PCS utilizada por muchos operadores fuera de Europa, y en particular,
utilizada por los tres operadores chilenos. Esto impulsó el reconocimiento de una nueva pareja
de bandas, con el enlace descendente entre 2110 y 2155 MHz, y con el enlace ascendente
entre 1710 y 1755 MHz.
Pero también se reconocieron las cuatro bandas en que actualmente opera GSM, para
facilitar así a los operadores la prestación de servicios de UMTS sobre las bandas que ya
poseen. Las cuatro bandas de GSM, que también pueden ser usadas con WCDMA, son las
indicadas en la Tabla 6. En particular, las bandas de 850 y 1900 son las utilizadas en Chile.
47
Banda GSM
850
900
1800
1900
Enlace Ascendente
824 – 849 MHz
880 – 915 MHz
1710 –1785 MHz
1850 – 1910 MHz
Enlace Descendente
869 – 894 MHz
925 – 960 MHz
1805 – 1880 MHz
1930 – 1990 MHz
Banda UMTS
V
VIII
III
II
Tabla 6: Bandas de GSM, también habilitadas para UMTS.
En principio, esto permite a los operadores nacionales desplegar UMTS sin necesidad
de recurrir a nuevas licencias de asignación de espectro. Como se verá, la ley deja abierta la
posibilidad de entregar servicios de tercera generación sobre estas bandas. Pero antes de
estudiar esto, cabe analizar la disposición de bandas con que cuenta cada operador.
Movistar cuenta con 3 licencias de 10 MHz cada una en la banda PCS, más una de 25
MHz en la banda de 850, también llamada banda de telefonía celular, lo que le da un total de 55
MHz de espectro para ofrecer sus servicios.
ENTEL sólo cuenta con espectro en la banda PCS, con un total de 60 MHz repartidos en
2 bandas de 30 MHz, siendo el operador que dispone de mayor ancho de banda.
Claro, cuenta con una licencia de 30 MHz en la banda PCS y otra de 25 MHz en la
banda celular, disponiendo, al igual que Movistar, de 55 MHz de espectro.
Esta distribución en las bandas de frecuencias ha sido producto de diversos procesos de
licitación, los cuales se han llevado a cabo por medio de concurso público. Hasta 2001, cuando
aún coexistían cuatro operadores en el territorio nacional, la Subtel había licitado 140 MHz de
espectro en ambas bandas para las comunicaciones móviles, de los cuales ENTEL contaba con
los 60 MHz de que dispone actualmente, Smartcom tenía 30 MHz en la banda PCS, Telefónica
Móvil contaba con sólo 25 MHz en la banda celular, y Bellsouth disponía también de 25 MHz en
dicha banda. Posteriormente se llevaron a licitación tres bloques de 10 MHz en la banda PCS,
completando el espectro comprendido entre 1850 y 1910 MHz para el enlace ascendente, y
entre 1930 y 1990 MHz para el enlace descendente. En este proceso, Telefónica Móvil se
quedó con dos de los bloques, y Bellsouth con uno, abarcándose así los 170 MHz totales sobre
los cuales opera la telefonía móvil en la actualidad.
Producto de la ulterior fusión de Telefónica Móvil con Bellsouth, la Subtel resolvió que el
nuevo operador, Movistar, al contar con 50 MHz en la banda celular y 30 MHz en PCS, debería
llevar a concurso público una de sus bandas de 25 MHz, con el objeto de emparejar las
condiciones de capacidad entre los operadores, homogeneizando la cantidad de espectro
disponible por cada uno. Para esto, se resolvió que si el operador que se adjudicaba la banda
de 25 MHz llegaba a sumar más de 60 MHz de espectro, debería licitar el excedente. De esta
forma se evitaba que ENTEL se quedara con la banda en cuestión. Finalmente, Smartcom
obtuvo esta banda, con lo que los 170 MHz de espectro se reparten en 60 MHz para ENTEL, 55
MHz para Movistar, y 55 MHz para Smartcom (actualmente Claro), tal como se resume en la
Tabla 7.
Operador
Movistar
Entel
Claro
Banda Celular
25
0
25
Espectro [MHz]
Banda PCS
30
60
30
Tabla 7: Espectro de frecuencia de cada operador.
48
Total
55
60
55
Estos procesos de licitación que se han mencionado indican cuál es la política que a
adoptado el gobierno de Chile ante la evolución de la telefonía móvil en el país. Una conclusión
importante que se extrae es la preocupación por parte del regulador de mantener buenas
condiciones de competencia entre los operadores. Pero también se ve que todas las licitaciones
han sido mediante concurso público.
Para la licitación de los espectros para UMTS en Europa, algunos países, como
Alemania e Italia, optaron por subastar al mejor postor los espectros de la “core band” en que
opera UMTS. Esto significa ingresos extras para el estado, pero llegó a significar un
endeudamiento excesivo de los operadores que pagaron por las licencias. Otros países, tales
como España o Francia, optaron por realizar concursos públicos, asignando el espectro a los
que presentaron las mejores propuestas, de acuerdo a criterios previamente establecidos.
En Chile, según lo dictado por la Ley General de Telecomunicaciones, estos procesos
de licitación son llevados a cabo mediante concurso público, en que los criterios que
tradicionalmente han primado son el área de cobertura y el tiempo de puesta en marcha.
Otra política que ha tomado el gobierno es la de dejar a la libre elección la tecnología
con que se brindará el servicio, por lo cual no hay ningún pronunciamiento oficial respecto de
qué tecnología de tercera generación se aplicará en el territorio nacional. La Resolución Exenta
Nº 1144, del año 2000, destina nuevas bandas al servicio público de telefonía móvil digital
avanzado, reconociendo que en el plano internacional es conocido como tercera generación, o
IMT-2000. Destina las bandas de 1785 a 1845 MHz para el enlace ascendente, y de 2110 a
2170 MHz para el enlace descendente, así como la banda de 1765 a 1785 MHz para
comunicación TDD. Establece que la tecnología será digital y de libre elección, y a la vez aclara
que no se impide la utilización de las bandas de PCS para dichos servicios.
4.3.3. La Tercera Generación en Chile
Los operadores chilenos, dado el marco legal revisado, tienen abierta la posibilidad de
adoptar cualquier tecnología de tercera generación. De acuerdo a todo lo visto, en cuanto a
asignación de frecuencias, a que los tres operadores están llevando toda su base de clientes a
GSM, y que UMTS no es más que una actualización de GSM a tercera generación, se entiende
que sea esta tecnología la que marcará la evolución a 3G en Chile.
ENTEL ha sido el primero en introducir esta tecnología al mercado nacional. En
diciembre de 2006 lanzó su red HSDPA en las comunas de Providencia, Las Condes y Vitacura,
bajo el nombre de 3.5G, en alusión a la forma abreviada de citar esta nueva etapa de la tercera
generación. ENTEL optó por el lanzamiento simultáneo de HSDPA y UMTS, y más aún, el
servicio está enfocado a la conectividad inalámbrica de laptops para navegación en Internet con
HSDPA. En cierta medida, ENTEL se salta la etapa de actualización de los teléfonos móviles a
UMTS, ya que aún no dispone de ningún terminal de tercera generación. Lo que se ofrece es
una tarjeta de datos para ser conectada al computador, y con la cual se pueden lograr
velocidades promedio en la conexión de entre 400 y 700 kbps.
En el caso de los operadores Movistar y Claro, no se tiene certeza de la fecha en que
vayan a actualizar sus redes, sobreentendiéndose que lo harán al sistema UMTS. En el caso de
Movistar, como parte de Telefónica Móviles, en España ya está ofreciendo servicios con UMTS,
por lo que en Sudamérica es entendible que escoja el mismo camino. Claro, como parte de
América Móvil, aún no comercializa la tercera generación, pero sí se espera que lo haga
durante 2007 en México mediante UMTS. Esto se suma a la reciente migración en Chile de
CDMA a la familia GSM.
49
Pero el despliegue de estas tecnologías, tanto UMTS como HSDPA, depende
fuertemente de la respuesta del mercado, y en particular, del nivel de aceptación que tengan
por parte de los usuarios, lo cual se verá reflejado en la elección de terminales 3G y utilización
de los nuevos servicios. Aún es demasiado prematuro hacer una evaluación de lo ocurrido con
los usuarios de ENTEL ante la nueva tecnología presentada, y se debe esperar también a que
se extienda el servicio hacia los teléfonos móviles, con las tradicionales características de
UMTS R99.
El nivel de aceptación que se alcance irá de la mano con el costo que signifique para el
usuario acceder a estos terminales y servicios. Es aquí donde toma relevancia la elección de las
bandas de frecuencia en que opere el nuevo sistema. UMTS fue originalmente concebido para
la operación en las bandas de 1900 y 2100, la “core band”, y es en esta banda en la que opera
en Europa. Considerando que cerca de la mitad de los suscriptores de UMTS en el mundo
están en Europa, la producción de equipos para operar en la “core band” se ve beneficiada por
importantes economías de escala, disminuyendo el precio final de éstos. Por tal razón resulta
preferible implementar el sistema UMTS en esta banda. Sin embargo, la existencia en Chile de
la telefonía móvil en la banda PCS impide llevar a licitación la citada banda para nuevos
servicios UMTS.
Se mencionó la Resolución Exenta Nº 1144, que en el año 2000 destinó nuevas bandas
para los servicios de tercera generación. Sin embargo, estas bandas no se condicen con
ninguna de las nueve bandas definidas por el 3GPP. Si bien el enlace descendente se ubica
entre 2110 y 2170 MHz, al igual que la “core band”, el enlace ascendente, entre 1785 y 1845,
no corresponde a ninguna de las bandas. Para las frecuencias asignadas para el modo TDD,
entre 1765 y 1785 MHz, tampoco hay una relación con las bandas reconocidas por el 3GPP.
Por esta razón se descarta que algún operador vaya a adoptar estas frecuencias para
desplegar UMTS, dado que, al no utilizarse en otros países, los fabricantes de equipos no
contarán con stock para vender, debiendo fabricarlos especialmente y, lógicamente, resultando
en un precio mayor.
La elección de la banda a utilizar, entonces, debe ser tal que coincida con la elegida en
otros países, para aprovechar la fabricación masiva de equipos y poder entregar a menor costo
el servicio al usuario final.
Dado que en muchos países se utiliza la banda PCS para servicios de segunda
generación, se ha intentado buscar una solución global para este problema. En América, no
sólo Chile tiene ocupada la banda de 1900, sino también países como Colombia, Argentina,
Uruguay, y México, que representan actores importantes en la evolución del mercado móvil en
el cono sur. Pero también Estados Unidos está en esta situación, en que sus operadores de
GSM funcionan en las mismas bandas que Chile, es decir, 850 y 1900. Esta situación hace que
aparezca un número importante de potenciales usuarios de UMTS con problemas para adoptar
la “core band”. Una de las soluciones que se discutió fue la de adoptar la banda de 2100 para el
enlace descendente, y la de 1700 para el enlace ascendente, preferentemente buscando el
desarrollo de equipos que soportaran comunicación en ambas bandas de 1700 y 1900 para el
enlace ascendente. Pero la solución adoptada por Cingular Wireless en Estados Unidos fue
otra, al menos momentáneamente.
La primera red UMTS de Estados Unidos, y de América, la lanzó Cingular Wireless en
octubre de 2005. Esto marca un referente clave para las futuras redes UMTS en el resto del
continente. Cingular Wireless opera GSM en las bandas de 850 y 1900, y sobre estas mismas
bandas está operando sus nuevos servicios UMTS, con ya cerca de un millón de suscriptores
de esta nueva tecnología. Esto abre todo un nuevo mercado para el desarrollo de equipos en
50
dichas bandas, agregando que en el resto de América muchos países funcionan en estas
mismas bandas, incluido Canadá, que desde noviembre de 2006 cuenta también con UMTS.
De esta forma, los operadores que opten por UMTS en las bandas celulares y PCS, se
verán beneficiados con un costo relativamente bajo de los equipos, por lo que podrán traspasar
este beneficio a los usuarios, que no verán precios excesivos en los nuevos terminales y
servicios que se les ofrecen.
El problema de esta solución es que se debe ocupar parte del espectro asignado para
GSM en el nuevo sistema UMTS, viéndose reducida la capacidad del primer sistema. Como
primera solución, esto no representa un mayor problema, puesto que se designarán a UMTS
sólo 5 MHz del espectro disponible, sin perder demasiados recursos destinados a 2G. Sin
embargo, esto puede ser crítico para algunos operadores que no cuenten con suficiente
espectro para brindar sus servicios tradicionales.
Por otro lado, al irse masificando el sistema, se deberá asignar nuevo espectro a UMTS,
reduciendo aún más la capacidad de la red GSM. Pero es de esperar que los usuarios que
suscriban los nuevos servicios, provengan de la base de clientes GSM, por lo que se verían
relajados los requerimientos de la red 2G.
El despliegue de UMTS/HSDPA por parte de ENTEL se llevó a cabo siguiendo el modelo
norteamericano, utilizando parte de la banda PCS para las nuevas conexiones. Esto no supone
mayor problema para ENTEL, que cuenta con 60 MHz de espectro. Con la asignación de una
sub-banda de 5 MHz para acceso WCDMA, quedaría con los mismos 55 MHz con que cuentan
sus competidores para GSM, por lo cual no es mayor problema reservar dicha sub-banda de 5
MHz exclusivamente para conexiones de banda ancha. Además, parte del tráfico a Internet que
antes se hacía por EDGE, ahora será liberado de la red de 2G, pasando a formar parte del
nuevo tráfico por HSDPA.
Para los restantes operadores, Claro y Movistar, se espera que sigan la misma línea en
la utilización de parte de sus espectros de GSM para incorporar la tercera generación, pero tal
vez deban ser más cuidadosos en la asignación de sus espectros.
Resuelto el problema de las bandas de frecuencia, aún falta determinar si acaso el
mercado chileno está preparado para la nueva gama de servicios que vendrán, con el costo que
involucren. Se vio que el tráfico entre teléfonos móviles e Internet corresponde sólo al 0.1% del
total de tráfico de teléfonos móviles, pero que a su vez ha experimentado un fuerte aumento.
¿Este escaso tráfico se deberá a la falta de interés de los clientes por acceder a Internet desde
su teléfono móvil o a las limitaciones que impone el servicio en la navegación? Así como ha
aumentado la cantidad de tráfico cursado, también han aumentado las posibilidades a las que
se puede acceder, apareciendo cada vez más terminales con características que facilitan la
navegación por la web, y cada vez más portales WAP para favorecer al ingreso a través de los
terminales que deben usar este protocolo. Entonces, este aumento en el tráfico hacia Internet
tal vez se pueda reforzar con los beneficios de la tercera generación.
Pero el acceso a Internet no es el único servicio de valor agregado que permiten estas
tecnologías. Sin ir más lejos, la mensajería SMS se ha posicionado como el principal servicio de
entretención en el país, reportando ingresos mucho mayores a los operadores que el tráfico a
Internet. Entonces, no sólo se debe mirar al acceso a Internet, sino también a los servicios de,
por ejemplo, videotelefonía que se harán posibles. Cierto es que, en este caso, para la mayor
parte de las llamadas, el usuario no necesitará mirar a su interlocutor, y esto quedará reservado
sólo para ocasiones especiales en que se justifique pagar un más alto precio.
51
En tanto, no existe ninguna traba legal que impida, una vez adoptado el sistema UMTS,
la operación de HSDPA, y la decisión cae completamente en manos de los operadores. En
primer lugar, HSDPA no necesita de ninguna nueva banda de operación, funcionando sobre el
espectro asignado a UMTS, y en segundo lugar, la regulación chilena deja abierta la posibilidad
de optar por cualquier tecnología digital. De esta forma, el camino queda abierto para que
Movistar y Claro se sumen a la tecnología HSDPA, tal como ya lo hizo ENTEL.
Entonces, ¿cuál es el futuro de HSDPA en el mercado chileno? Por el momento su uso
está enfocado para situaciones puntuales en sólo tres comunas de la capital. Pero es de
esperar que el servicio se vaya expandiendo, no sólo geográficamente. También se debe
esperar a que Movistar y Claro entreguen servicios de tercera generación, pudiendo adoptar la
misma vía que ENTEL, o bien utilizando el tradicional camino de actualizar los teléfonos para
ofrecer servicios de MMS, videotelefonía o streaming.
Con todo, la tercera generación en Chile se ve destinada a aquellos clientes que gustan
de la innovación tecnológica y que tienen la capacidad de pagarla. Pero también apunta a un
segmento empresarial que se verá beneficiado con las posibilidades que se le ofrecen. Todo
esto dependerá de los servicios que llegue a ofrecer el operador.
52
CONCLUSIONES
Resultan innegables los beneficios que acarrea la tercera generación al compararla con
las posibilidades que otorgan sus anteriores tecnologías. El concepto de tercera generación se
puede generalizar como la posibilidad de acceder a Internet y realizar transferencia de
información multimedia desde el teléfono móvil, con una buena percepción de servicio gracias a
las altas tasas de transferencia de información. El sistema UMTS cumple completamente con
estas características, y se ha posicionado como la principal tecnología de este tipo en el mundo.
Pero no sólo permite altas velocidades de transferencia, sino que también reduce los tiempos
de latencia en la red, beneficiando a las aplicaciones interactivas que requieren de rápidas
respuestas, y aumenta la capacidad del sistema, con una mejor eficiencia espectral,
permitiendo más llamadas y más sesiones de datos simultáneas.
Estas razones han contribuido al rápido crecimiento que ha tenido UMTS, desde su
lanzamiento en Japón en 2001, hasta los ya cerca de cien millones de usuarios que la utilizan.
Pero otro punto clave en este crecimiento, es que la tecnología nació como una evolución del
sistema GSM, el cual representa más del 80% del total de teléfonos móviles en el mundo. La
arquitectura de una red UMTS se basa en la misma arquitectura de una red GSM, sin ser
necesario realizar mayores cambios para la evolución, lo que permite a los operadores optar por
este camino como una solución económicamente atractiva.
Y como la tecnología sigue una constante evolución, de la mano con las posibilidades
que se van abriendo en un mundo globalizado, UMTS ha seguido mejorando sus
características. Es así como aparece HSDPA, un sistema que aumenta notablemente las tasas
de transferencia en la descarga de información, y que desde su lanzamiento a fines de 2005, ha
sido rápidamente adoptado por una variedad de operadores alrededor del mundo. HSDPA hace
posible la conexión inalámbrica a velocidades incluso mayores a las ofrecidas por muchas
conexiones fijas a Internet de banda ancha. Con HSDPA, el concepto de movilidad ya no está
restringido al teléfono celular, sino que se puede acceder a Internet desde un laptop, con toda la
comodidad que supone frente a las características de un teléfono móvil, y con velocidades
incluso superiores a las de otro tipo de conexión, marcando la diferencia a los actuales accesos
a Internet en Chile vía EDGE.
Por esta misma razón, la competencia de UMTS ya no sólo se queda en el ámbito de la
telefonía móvil, donde CDMA2000 es la otra tecnología que está entrando con fuerza, si bien
concentra un menor número de usuarios. Ahora se abre al plano del acceso inalámbrico a
Internet, donde está entrando WiMAX como una gran promesa. Si bien WiMAX está diseñado
para el tráfico de datos, lo cual, en este contexto, lo coloca por sobre tecnologías de telefonía, la
movilidad está aún levemente desarrollada, y por un tema de economías de escala, HSDPA
corre con ventaja frente a WiMAX. Por otro lado, de aquí a la masificación de WiMAX, el
sistema UMTS ya habrá evolucionado más allá de HSDPA, ofreciendo aún mejores
características.
Los beneficios de HSDPA se logran mediante actualizaciones básicamente en la interfaz
aérea, sin necesidad de intervenir demasiado la red, lo que lo hace una solución
económicamente efectiva para aumentar el rendimiento del sistema. Mediante mecanismos de
53
asignación dinámica de recursos y rápida retransmisión si se presentan errores, logra más que
triplicar la velocidad de transferencia promedio de UMTS, y a la vez disminuir aún más la
latencia en la red, siendo un medio idóneo para aplicaciones de streaming de video, acceso a
Internet y, en general, descarga de cualquier contenido de gran tamaño.
Toda esta evolución de la telefonía celular a tercera generación se ha dado
principalmente en los países desarrollados, en Europa, Estados Unidos y el Asia Pacífico. En
Latinoamérica, y en particular en Chile, el mercado de la telefonía móvil también ha
experimentado un rápido crecimiento, manteniéndose sólo como segunda generación hasta
diciembre de 2006, fecha en que se lanza el primer sistema de tercera generación en América
Latina.
En Chile, GSM se ha afianzado como la principal tecnología celular, y los tres
operadores que ofrecen servicios en el territorio nacional utilizan esta tecnología. El número de
clientes en el mercado móvil ha aumentado aceleradamente estos últimos años, y ya supera
los 12 millones, representando cerca de un 75% de penetración. Pero este crecimiento ya se
está empezando a estancar, y el mercado comienza a entrar en una etapa de maduración, eso
sí, en cuanto a número de usuarios se refiere. El desarrollo tecnológico continúa, y la tercera
generación será el principal tema en estos próximos años.
El ingreso de la tercera generación a Chile, y a Latinoamérica, se materializó en
diciembre de 2006, fecha en que ENTEL lanza su sistema de banda ancha móvil 3.5G,
orientado a entregar conectividad inalámbrica a Internet para laptops mediante una tarjeta de
datos HSDPA. Con esta realidad, sólo queda esperar a las siguientes movidas de los
operadores. Por un lado, los siguientes pasos que dará ENTEL en la expansión de su nueva
red, y por otro, la inclusión de UMTS por parte de Movistar y Claro, que ya resulta evidente que
se inclinarán por esta tecnología y no por CDMA2000.
En el plano legal, el gobierno de Chile dejó abierta la posibilidad de adoptar cualquier
tecnología digital, sin manifestarse por ninguna en particular. Esto contrasta con la política que
tomó la Unión Europea en su momento, promoviendo la adopción de UMTS. Fue por esto que
entró como la única solución de tercera generación, y en todos los países funciona en la misma
banda, traduciéndose en precios más baratos de los equipos al verse beneficiados por
economías de escala. En Chile, la elección ha quedado en manos de los operadores, y un tema
que han tenido que zanjar, al igual que muchos operadores en el resto de América, es la
elección de las bandas de frecuencias en que operará, ya que el enlace ascendente coincide
con el de las comunicaciones PCS. El sistema UMTS también permite la operación en las
bandas de GSM, y el gobierno chileno dejó abierta la posibilidad de prestar los servicios de
tercera generación en dichas bandas. Asimismo, en muchos otros países de América que
tienen ocupadas sus bandas PCS, ésta se perfila como la solución a implementar. En Estados
Unidos, en 2005 entró en operación UMTS en las bandas de 850 y 1900, las mismas bandas en
que opera GSM en Chile, compartiendo el espectro con los servicios GSM. Esto favorece la
fabricación de equipos para dichas bandas, abaratando los costos para los operadores y, por
ende, para el usuario final, que no deberá desembolsar una cantidad excesiva de dinero para
utilizar los servicios.
Con esta alternativa de bandas de frecuencia ENTEL desplegó su red UMTS. Los
restantes operadores actualizarán sus redes para estar en condiciones de comercializar estos
servicios probablemente en 2008.
La comercialización de HSDPA queda exclusivamente en manos de los operadores,
puesto que la legislación chilena no pone ninguna barrera a esta tecnología y, una vez
adoptado UMTS, no requiere de nuevas bandas de frecuencia para operar. Esto facilitó la
54
partida de HSDPA como solución de conectividad para computadores antes que la utilización de
los tradicionales servicios de telefonía de tercera generación. A su vez, deja abierta la
posibilidad a Movistar y Claro de seguir la misma ruta que ENTEL, o bien optar por el camino
tradicional de comenzar en una primera etapa con las características básicas de UMTS, para
después pasar a ofrecer HSDPA. Esto, seguramente dependerá del comportamiento del
mercado ante los nuevos servicios de valor agregado en la telefonía móvil.
Sin embargo, aún parece un segmento demasiado reducido como para generar ingresos
importantes en las compañías, y más aún al considerar el bajo tráfico a Internet desde teléfonos
móviles en comparación con el predominio de las llamadas de voz. Tal vez en un tiempo más,
tal vez en 2008 como proyecta el 3G Américas, los valores de los equipos hayan llegado a un
nivel más abordable para una mayor cantidad de usuarios, y el mercado local haya generado
nuevos incentivos que impulsen el uso de los nuevos servicios. ENTEL ha apuntado a un
ingreso más acelerado de esta tecnología, lo cual se puede entender como parte de una
estrategia de marketing, manteniendo su condición de líder en tecnología, siendo los primeros
en Latinoamérica en ofrecer, en este caso, la telefonía celular de tercera generación.
55
REFERENCIAS
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[38]
Gobierno de Chile. “Ley General de Telecomunicaciones”.
[39]
Gobierno de Chile. “Resolución Exenta Nº 1144: Fija norma técnica para el servicio
público de telefonía móvil digital avanzado”. 2000.
57
ANEXOS
Anexo A: Resumen de Resultados de los Releases del 3GPP
Aquí se nombran algunas de las principales características de cada release respecto de
la tecnología UMTS, en particular dando importancia en lo referente a HSDPA, a partir del
Release 99. Además del trabajo en UMTS, el 3GPP ha presentado avances también relativos a
GSM, introduciendo mejoras, por ejemplo, a EDGE, que le permiten un mejor rendimiento.
Se indica la fecha de congelamiento (freeze date) de cada release, que corresponde a la
fecha a partir de la cual ya no se agregan más funciones al sistema. La idea del congelamiento
es entregar una base estable para los proveedores de equipos y los operadores, con
características bien definidas que no van a ser modificadas.
− Release 99 (R99, marzo de 2000)
Se establece la arquitectura de una red UMTS coexistiendo con una red GSM. Marca el
punto de partida de UMTS, con sus características básicas. Cuando se habla de operadores de
UMTS, se refiere a aquellos que engloban las características descritas en el Release 99.
− Release 4 (Rel-4, marzo de 2001)
Introduce algunas mejoras a la arquitectura de la red y a la interfaz radioeléctrica. Se
agrega la opción de 1.28 Mcps en modo TDD.
− Release 5 (Rel-5, marzo – junio de 2002)
Es aquí donde aparecen dos sistemas claves en la evolución de UMTS. En la interfaz
aérea se introduce HSDPA, mejorando principalmente las tasas de transferencia en el enlace
descendente, y en el núcleo de la red IMS, apuntando a la convergencia de redes.
− Release 6 (Rel-6, diciembre de 2004 – marzo de 2005)
La principal contribución del Rel-6 es HSUPA, formando la mejora HSPA en ambos
enlaces ascendente y descendente. Aparece la fase 2 de IMS. También destaca MBMS para
entregar, usando los mismos recursos de radio, información a varios usuarios en una celda.
− Release 7 (Rel-7, septiembre de 2005?3)
Destaca la incorporación de MIMO a HSDPA, permitiendo doblar las tasas de
transferencia. Se agrega la opción de 7.68 Mcps y se realizan nuevos avances a IMS.
− Release 8 (Rel-8, en progreso)
Se estudian los mencionados LTE y SAE.
3
Así tomado de [29] www.3gpp.org/specs/releases.htm.
58
Anexo B: Cadena de Codificación de Canal en UMTS
En el capítulo 2 se describieron las principales etapas en el proceso de codificación de
canal, enfocándose en la importancia para HSDPA. De esta forma, en la sección 2.2.4, se
omitieron ciertos eslabones en la cadena de codificación que atraviesa la señal antes de ser
multiplexada a los canales físicos correspondientes. Aquí se presenta la cadena completa, con
una breve explicación de cada proceso.
B.1. Modo FDD enlace ascendente y modo TDD
En la Figura 22 se muestra cada uno de los procesos que atraviesa la señal en el canal
de transporte en el enlace ascendente para el modo FDD y para ambas direcciones en el modo
TDD. La funcionalidad de cada una de estas etapas se resume a continuación.
CRC
Segmentación/concatenación de
bloques de transporte
Codificación de canal
Ecualización del frame de radio
Interleaving
Segmentación del frame de radio
Rate Matching
Figura 22: Cadena de codificación de canal en FDD uplink y TDD.
•
CRC (Cyclic Redundancy Check): Agrega una suma de verificación (checksum) para la
detección de errores en los bloques de transporte.
•
Segmentación/concatenación de bloque de transporte: Etapa necesaria para ajustar el
bloque de transporte al largo disponible para la codificación de canal. El bloque puede
ser dividido o concatenado con otros.
•
Codificación de canal: agrega redundancia de forma sistemática a la información.
•
Ecualización del frame de radio: El largo del bloque a transmitir se divide en más de un
frame, por lo que es necesario hacer calzar su largo a un valor múltiplo de 10 ms, lo cual
se hace agregándole bits.
59
•
Interleaving: Separación en el tiempo de los bits dentro de una secuencia, para
minimizar efectos de desvanecimientos en el tiempo. Este es el primer proceso de
interleaving. Luego de ser multiplexados los canales de transporte a un canal físico, se
lleva a cabo otro proceso de interleaving.
•
Segmentación del frame de radio: Distribuye los bits luego del interleaving en frames
consecutivos.
•
Rate Matching: Hace calzar el número de bits a transmitir con el largo de un frame.
B.2. Modo FDD enlace descendente
En la Figura 23 se indican las etapas en la codificación del canal de transporte en el
enlace descendente del modo FDD. Las funciones de los bloques son las mismas que las
descritas en la sección B.1, por lo que se describe sólo la nueva etapa presente en este caso.
CRC
Segmentación/concatenación de
bloques de transporte
Codificación de canal
Rate Matching
Inserción de indicador DTX
Interleaving
Segmentación del frame de radio
Figura 23: Cadena de codificación de canal en FDD downlink.
•
Inserción de indicador DTX: Agrega bits que indican al transmisor que en ese momento
deje de transmitir (Discontinuous Transmission).
60
Anexo C: Despliegue de UMTS y HSDPA en el Mundo
C.1. Caso de América Latina
Como ya fue dicho, en América Latina, recién en diciembre de 2006 se lanzó al mercado
la primera red UMTS, a cargo de ENTEL PCS en Chile, que también incluyó HSDPA. Se espera
que durante 2007 se unan Ancel en Uruguay, y Telcel en México. En Colombia, Ola aún no
anuncia servicios HSDPA, sino sólo UMTS.
C.2. Nivel Mundial
En el mundo entero la cantidad de usuarios de UMTS es cercana a los 100 millones,
abarcando a 64 países principalmente en Europa y en el Asía Pacífico. 51 de estos países ya
cuentan con conexión HSDPA. Según lo publicado por 3G Américas, la Tabla 9, a partir de la
página 62, indica las etapas en que se encuentran los desarrollos de UMTS y HSDPA en los
distintos países del mundo, desagregado por operador, con la fecha de puesta en
funcionamiento, ya sea pronosticada o la fecha real desde la cual se comercializan los servicios.
La 0 resume la cantidad de operadores que ya ofrecen, o que proyectan en distintos niveles la
implementación de ambas tecnologías.
UMTS
Operators commitments
Operators in service
Countries in service
Country commitments
Planned + in deployment
Trial
Potential & Lic. Awarded
EDGE + UMTS Commercial
294
147
64
104
60
5
82
69
HSDPA
Operators commitments
Operators in service
Countries in service
Country commitments
Planned + in deployment
Trial
Tabla 8: Sumario de redes UMTS y HSDPA a nivel mundial.
61
152
94
51
67
55
4
País
Algeria
Andorra
Angola
Argentina
Argentina
Argentina
Australia
Australia
Australia
Australia
Austria
Austria
Austria
Austria
Bahrain
Bahrain
Bangladesh
Bangladesh
Bangladesh
Bangladesh
Bangladesh
Bangladesh
Belarus
Belgium
Belgium
Belgium
Belgium
Bhutan
Brazil
Brazil
Brazil
Brazil
Brazil
Brazil
Brazil
Brazil
Brunei
Brunei
Bulgaria
Bulgaria
Bulgaria
Bulgaria
Cambodia
Canada
Chile
Chile
Chile
China
Colombia
Colombia
Operador
Mobilis
Unitel
CTI Movil
Telecom Personal
Telefonica Moviles
Hutchison 3G (3)
Optus
Telstra
Vodafone
Connect Austria (ONE)
Hutchison 3G (3)
Mobilkom Austria
T-Mobile Austria
Batelco
MTC Vodafone Bahrain
BTTB
GrameenPhone
PBTL
Sheba Telecom
TM International
Warid Telecom
MTS Belarus
KPN BASE (Orange)
Belgacom Mobile (Proximus)
Mobistar
-tba-1
Bhutan Telecom
CTBC
Telemar PCS (Oi)
Algar Telecom Leste (Claro)
Telemig Cellular
Amazonia Celular
TIM Celular
Sercomtel Celular
Brasil Telecom
B-Mobile
DST Coms
BTC (Vivatel)
Cosmo Bulgaria Mobile/Globul
MobilTel (M-TEL)
-tba-1
Cambodia GSM
Rogers Wireless
Entel PCS
Claro
Telefonica Moviles
China Mobile
Colombia Movil (Ola)
Comcel
Estado de UMTS
Trial
In Deployment
Planned (+EDGE)
Potential License (+EDGE)
Potential License (+EDGE)
Potential License (+EDGE)
In Service
In Service
In Service (+EDGE)
In Service
In Service
In Service
In Service (+EDGE)
In Service
In Service (+EDGE)
In Service (+EDGE)
Potential License
Potential License (+EDGE)
Potential License
Potential License
Potential License (+EDGE)
Potential License
Trial (+EDGE)
In Deployment (+EDGE)
In Service (+EDGE)
In Service (+EDGE)
Potential License
Potential License
Potential License (+EDGE)
Potential License (+EDGE)
Potential License (+EDGE)
Potential License (+EDGE)
Potential License (+EDGE)
Potential License (+EDGE)
Potential License (+EDGE)
Potential License (+EDGE)
In Service
In Service (+EDGE)
In Deployment
In Service
In Service (+EDGE)
Potential License
In Service
In Service (+EDGE)
In Service (+EDGE)
Potential License
Potential License (+EDGE)
Trial (+EDGE)
Trial (+EDGE)
Potential License (+EDGE)
62
Fecha
Inicio
Dec-04
Q3 2006
Q2 2007
Q1 2008
Q1 2008
Q1 2008
Apr-03
oct-05
sep-05
oct-05
Dec-03
may-03
Apr-03
Dec-03
Q1 2006
Dec-03
Dec-10
mar-10
jun-10
jun-10
jun-10
Dec-10
Q4 2007
Q1 2007
sep-05
sep-06
Q4 2008
Dec 2013
Q1 2008
Q1 2008
Q1 2008
Q1 2008
Q1 2008
Q1 2008
Q1 2008
Q1 2008
sep-05
Q1 2006
Q3 2006
1H 2006
mar-06
Q4 2009
oct-06
nov-06
Dec-06
Q1 2008
Q1 2008
N/A
Q4 2006
Q1 2008
Estado de
HSDPA
In Service
In Deployment
In Service
In Service
In Service
In Service
In Service
In Service
Planned
In Service
Fecha
Inicio
Dec-06
Q4 2006
oct-06
oct-06
jun-06
jul-06
Jan-06
mar-06
2007
may-06
Planned
In Service
In Service
jun-08
jun-06
Aug-06
Planned
In Service
In Service
June 2007
sep-06
mar-06
In Service
In Service
In Service
oct-06
nov-06
Dec-06
Trial
2007
País
Colombia
Costa Rica
Croatia
Croatia
Croatia
Cyprus
Cyprus
Czech Republic
Czech Republic
Czech Republic
Denmark
Denmark
Denmark
Denmark
Ecuador
Ecuador
Egypt
Egypt
Estonia
Estonia
Estonia
Estonia
Fiji
Finland
Finland
Finland
Finland
Finland
France
France
France
France
Georgia
Georgia
Germany
Germany
Germany
Germany
Greece
Greece
Greece
Guernsey
Guernsey
Hong Kong
Hong Kong
Hong Kong
Hong Kong
Hungary
Hungary
Hungary
Operador
Telefonica Moviles (Movistar)
ICE Telefonia Celular
Tele2
T-Mobile
VIPNet
Areeba
CYTA Mobile
Telefonica O2 (Eurotel)
Vodafone (Oskar Mobil)
T-Mobile
HI3G Denmark (3)
Sonofon
TDC Mobil
Telia
Otecel (Movistar)
MobiNil (ECMS)
Vodafone Egypt
Elisa / Radiolindja
EMT
Tele2
TBD
Vodafone Fiji
Alands Mobiltelefon
Finnet / DNA Finland
Elisa
Song Networks
TeliaSonera
Bouygues Telecom
Orange France
SFR
TBA
Argotex
Magticom
E-Plus
O2
T-Mobile Deutschland
Vodafone D2
Cosmote
Panafon (Vodafone)
STET Hellas (TIM)
Wave Telecom
Cable & Wireless Guernsey
Hong Kong CSL
Hutchison (3)
SmarTone Vodafone
Sunday
Pannon GSM
T-Mobile
Vodafone
Estado de UMTS
Potential License
Potential License
Planned
Planned (+EDGE)
In Service (+EDGE)
In Service
In Service
In Service (+EDGE)
License Awarded (+EDGE)
In Service (+EDGE)
In Service
In Service (+EDGE)
In Service
Planned (+EDGE)
Potential License (+EDGE)
Potential License
Potential License
Potential License
In Service
In Service (+EDGE)
Planned
Potential License
Planned
In Service (+EDGE)
In Service (+EDGE)
In Service (+EDGE)
Planned
In Service (+EDGE)
In Deployment (+EDGE)
In Service (+EDGE)
In Service (+EDGE)
Potential License
Planned
Planned
In Service
In Service
In Service (+EDGE)
In Service
In Service
In Service
In Service (+EDGE)
In Service
Planned
In Service (+EDGE)
In Service
In Service
In Service (+EDGE)
In Service (+EDGE)
In Service (+EDGE)
In Service
63
Fecha
Inicio
Q1 2008
Q1 2008
Q4 2006
Q3 2006
oct-05
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2007
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País
Hungary
Iceland
India
India
India
India
India
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India
India
India
India
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Indonesia
Indonesia
Indonesia
Indonesia
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Ireland
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Ireland
Isle of Man
Israel
Israel
Italy
Italy
Italy
Italy
Italy
Japan
Japan
Japan
Jersey
Jersey
Kenya
Kuwait
Kuwait
Latvia
Latvia
Latvia
Libya
Libya
Liechtenstein
Liechtenstein
Liechtenstein
Lithuania
Lithuania
Lithuania
Lithuania
Operador
TBA
TBA
Reliance
Tata Teleservices
Spice Telecom
Aircel
Bharti Televentures
BPL Cellular
BSNL
Dishnet Wireless
Essar Spacetel
Idea Cellular
MTNL
Excelcomindo Pratama ProXL
Hutchison 3 Indonesia
Indonesian Satellite
Natrinto Telepon Selular Lippo
Telkomsel
Hutchison Whampoa
O2
Vodafone Ireland
TBA
Manx Telecom
Cellcom Israel
Partner Comm. (Orange)
H3G (3)
Ipse 2000
TIM
Vodafone Omnitel
Wind
eAccess / eMobile
Softbank (ex-Vodafone)
NTT DoCoMo (FOMA)
Cable & Wireless /sure.Mobile
Jersey Telecoms
Safaraicom
MTC
Wataniya Telecom
Bité
LMT
Tele2
El Madar Tel. Company
Libyana
Orange
Tele2 (Tango)
Mobilkom FL1
Bité
Omnitel
Tele2
Bité
Estado de UMTS
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Potential License
Planned
Planned
Planned
Potential License
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Potential License
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Potential License
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Potential License
In Service
In Deployment
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In Deployment
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In Service
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País
Luxembourg
Luxembourg
Luxembourg
Macau
Macau
Macedonia
Macedonia
Malaysia
Malaysia
Malaysia
Malaysia
Malaysia
Maldives
Malta
Malta
Malta
Mauritius
Mauritius
Mexico
Mexico
Monaco
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Mongolia
Montenegro
Montenegro
Montenegro
Morocco
Morocco
Mozambique
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Namibia
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Nepal
Netherlands
Netherlands
Netherlands
Netherlands
New Zealand
New Zealand
New Zealand
Norway
Norway
Norway
Oman
Oman
Pakistan
Pakistan
Pakistan
Pakistan
Pakistan
Operador
LUX Communications (VOX)
P&T Luxembourg (LUXGSM)
Tele2 (Tango)
CTM
Hutchison
Cosmofon
Mobimak
Maxis
Telekom Malaysia/Celcom 3G
MiTV
TT dotCom
DiGi
Wataniya
MobIsle Comm. (go mobile)
Vodafone
TBA
Cellplus Mobile Comm.
Millicom Mauritius (Emtel)
Radiomovil Dipsa (Telcel)
Telefonica Moviles
Monaco Telecom / Monacell
Mobicom
Skytel
TBA
Monet
ProMonte
Ittissalat El-Magreb
Medi Telecom
mCel
MTC
Powercom
Nepal Telecom Corp
Spice Nepal
KPN Mobile (Telfort)
Orange
T-Mobile Netherlands
Vodafone Libertel
Econet Wireless
TelstraClear
Vodafone
Hi3G Access
Netcom (TeliaSonera)
Telenor Mobil
Nawras Telecom (TDC)
Oman Mobile / Omantel
Paktel
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PTML
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Estado de UMTS
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Potential License
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Potential License
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País
Peru
Philippines
Philippines
Philippines
Philippines
Philippines
Philippines
Philippines
Philippines
Poland
Poland
Poland
Poland
Portugal
Portugal
Portugal
Puerto Rico
Qatar
Romania
Romania
Romania
Russia
Saudi Arabia
Saudi Arabia
Saudi Arabia
Serbia
Serbia
Seychelles
Singapore
Singapore
Singapore
Singapore
Slovak Rep.
Slovak Rep.
Slovak Rep.
Slovenia
Slovenia
Slovenia
South Africa
South Africa
South Africa
South Korea
South Korea
Spain
Spain
Spain
Spain
Sri Lanka
Sri Lanka
Sri Lanka
Operador
America Movil - Claro
CURE
Digitel Mobile
Globe Telecom
SMART / Piltel
TBA
Digitel/ Sun Cellular
Globe Telecom
Smart Communications
Centertel (Orange)
P4
Polkomtel / Plus GSM
Polska Telefonia Cyfrowa (Era)
Optimus
TMN
Vodafone Telecel
CCPR (Cingular Wireless)
Q-TEL
MobiFon / Vodafone
Orange Romania
TBA
TBA
Etisalat / Mobily
STC/ Al Jawwal
TBA
Telenor (Ex-Mobtel)
Telecom Srbija
Telecom Seyshelles (AIRTEL)
MobileOne
SingTel Mobile
StarHub
TBA
Orange Slovensko
T-Mobile Slovakia
TBA
Mobitel
Si.Mobile
TBA
3C Telecom. Cell C
MTN
Vodacom
KTF
SK Telecom 3G+
Amena / Orange
Telefónica Móviles (Movistar)
Vodafone España
Xfera
Dialog Telekom
Millicom Sri Lanka (Celltel)
Hutchison
Estado de UMTS
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Planned
Planned (+EDGE)
In Service (+EDGE)
In Service (+EDGE)
Potential License
In Service (+EDGE)
Potential License (+EDGE)
Potential License (+EDGE)
In Service (+EDGE)
In Deployment
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In Service
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Potential License
Potential License
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Potential License
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In Service
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In Service
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Potential Licence
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In Service
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País
Sri Lanka
Sudan
Sudan
Sweden
Sweden
Sweden
Sweden
Switzerland
Switzerland
Switzerland
Switzerland
Syria
Syria
Taiwan
Taiwan
Taiwan
Taiwan
Tajikistan
Tajikistan
Tajikistan
Tajikistan
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Thailand
Thailand
Thailand
Turkey
Turkey
Turkey
UAE
UAE
UK
UK
UK
UK
UK
Ukraine
Ukraine
Uruguay
Uruguay
Uruguay
USA
USA
USA
Zimbabwe
Operador
Mobitel
Bashair Telecom / Areeba
Mobitel Sudan
HI3G (3)
TeliaSonera
Svenska UMTS-Nät (Tele2)
Vodafone Sweden / Telenor
Orange
Swisscom Mobile
TDC Switzerland (sunrise)
Team 3G
Spacetel Syria
SyriaTel
Chunghwa Telecom
FarEasTone
Taiwan Mobile Co.
VIBO
Josa Babilon Mobile
Indigo Tajikistan
Tacom
TT Mobile
Vodacom
AIS
CAT
TOT
AVEA
Telsim
Turkcell
Etisalat
Du
Hutchison 3G (3)
O2
Orange
T-Mobile UK
Vodafone
Ukrtelecom
TBA
Ancel
CTI Movil / AM Wireless
Telefonica Moviles
Cingular
Edge Wireless
T-Mobile USA
Econet Wireless
Estado de UMTS
Planned (+EDGE)
In Service (+EDGE)
Planned
In Service
In Service (+EDGE)
In Service
In Service
In Service (+EDGE)
In Service (+EDGE)
In Service (+EDGE)
License Awarded
In Deployment (+EDGE)
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License Awarded
License Awarded
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Potential Licence (+EDGE)
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Potential License
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Trial (+EDGE)
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Tabla 9: Despliegue de UMTS y HSDPA a nivel mundial.
67
En la Tabla 9, los distintos estados de las tecnologías se han separado de acuerdo al
siguiente criterio:
- In Service: Redes comercialmente en servicio, con terminales vendiéndose en tiendas.
- In Deployment: Se está montando la red, o se han realizado pruebas no comerciales con
usuarios específicos.
- Planned: Operador con licencia en etapa de planificación.
- Trial: Si el operador ha realizado pruebas 3G, pero sin tener ninguna licencia específica.
- License Awarded: Operador con licencia que no ha anunciado fecha de lanzamiento de la red.
- Potential License: Operadores que han anunciado que, de recibir una licencia, implementarían
la tecnología (cierto grado de especulación).
La designación Q1, Q2, Q3 y Q4 se refiere a cada uno de los trimestres de un año.
En rojo se destacan los casos en que las tecnologías ya están en servicio, con fecha de
actualización a diciembre de 2006.
68