Multiplexaciones de canales ( tdma, fdma, cdma)


¿Qué se espera de la tecnología LMDS?



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¿Qué se espera de la tecnología LMDS?

Aunque por el momento todavía está en evaluación, se espera que luego de la liberación y desregulación de los espectros de esta tecnología, los proveedores del servicio podrán ofrecer un nivel de calidad y velocidad más rápido que los esquemas hasta ahora conocidos (telefonía tradicional y celular).

A decir por el gerente de Marketing Comunications (MarCom) en Caribe, Latinoamérica y México, Octavio Rosado, en el momento que esto suceda los proveedores del servicio se podrán enfocar al segmento de la pequeña y mediana empresa (PyME) y al SOHO (Small Office/Home Office) a través de propuestas más accesibles en cuanto a tarifas y tiempo de implantación.

Pese a estos pronósticos, el representante de Marconi, Alejandro Soto, explica que todo va a depender de los costos de los productos involucrados para hacer realidad la comunicación a través de esta tecnología.

Comenta que lo anterior puede ser posible, ya que los operadores del servicio se ahorrarían los gastos que representa el abrir calles para instalar todo el cableado que un sistema tradicional requiere.

Por el momento, la Comisión Federal de Telecomunicaciones (Cofetel) sigue estudiando el proceso de subasta de la frecuencia y cómo se va dividir.

Al respecto, Rosado considera que el ganador en el mercado de acceso inalámbrico de banda ancha será quien presente la capacidad de ofrecer el mayor número de

bits por unidad de espectro, quien acomode más usuarios y al mismo tiempo garantice el retorno de inversión y, sobretodo, aquel que demuestre la mayor facilidad de implantación.

En México se espera que la Cofetel subaste antes de fin de año tres concesiones entre 28 y 31 GHz (dos de 450 MHz y uno de 150 MHz).

La tecnología LMDS se presenta como la fórmula menos engorrosa de tender líneas propias y dejar de depender del cableado de Telefónica. Se trata de traducir la señal telefónica que viaja por cable en ondas de radio, captarlas mediante antenas instaladas en cada edificio y distribuirla a los abonados por cable. En principio una opción limpia que no requiere abrir zanjas por toda la ciudad y que permita llevar a los usuarios voz y datos de alta calidad con líneas propias.





La telefonía inalámbrica LMDS es un servicio de banda ancha a través de ondas de radio que permite llevar todo tipo de llamadas hasta los hogares



Los sistemas fijos de acceso radio punto a multipunto constituyen una forma rápida y flexible respecto a las soluciones basadas en cable para proporcionar servicios digitales de banda ancha. Las nuevas licencias concedidas recientemente por Fomento en las bandas de 3,4 a 3,6 GHz y 24,5 a 26,5 GHz permitirán acceder a los usuarios a través del llamado bucle local inalámbrico (WLL, Wireless Local Loop). Entre las distintas soluciones de acceso inalámbrico destacan los sistemas FWA (Fixed Wireless Access) y LMDS/MVDS (Local Multipoint Distribution Service / Microwave Video Distribution System). Los primeros están pensados principalmente para proporcionar servicios tales como telefonía, acceso a Internet, videoconferencia o interconexión de redes privadas y son objeto de las licencias de Fomento. En cambio, los segundos surgen para facilitar el despliegue de las redes de los operadores de cable y permiten servicios digitales bidireccionales de vídeo y datos en las bandas de 27,5 a 29,5 GHz ó 40,5 a 42,5 GHz. En todos ellos, la arquitectura del sistema consiste en una serie de estaciones base interconectadas entre sí y con el centro de control de red por medio de cable o radioenlaces, las cuales dan servicio a una serie de abonados fijos distribuidos por el interior de celdas de radio variable.


A la hora de realizar la planificación y despliegue de un sistema inalámbrico punto a multipunto existen varios factores que deben tenerse en cuenta: zona geográfica y orografía del terreno, densidad de abonados y consumo de tráfico, calidad de servicio requerida, balance de potencias del enlace radio, tamaño y número de celdas, emplazamiento de estaciones base, reutilización de frecuencias, coste del sistema, etc. A continuación pasaremos a comentarlos más en detalle.




Curvas de BER para una modulación 64QAM y varios niveles de CIR.





Las prestaciones de un sistema de distribución de vídeo punto a multipunto se miden por medio del porcentaje de abonados que poseen un nivel de señal adecuado para alcanzar una calidad de imagen excelente. En el caso de una gran área metropolitana, el factor clave en la penetración del sistema lo constituye la vegetación existente. Si el haz del radioenlace se obstruye por árboles o vegetación, el impacto sobre el nivel de señal es significativo. A frecuencias milimétricas, como pueden ser los sistemas LMDS, la situación es más crítica. A estas frecuencias tan elevadas no existe prácticamente difracción y cualquier pequeño obstáculo provoca la reflexión del haz, por lo que estos sistemas necesitan diseñarse con visión directa entre las antenas (LoS, Line of Sight). En general, los valores de atenuación causados por la vegetación oscilan en torno a los 10-20 dB. Para aumentar el porcentaje de abonados que pueden ser cubiertos se emplean torres y edificios elevados donde se sitúan las antenas, así como repetidores secundarios de baja potencia para alimentar zonas inaccesibles.


Adicionalmente a los efectos de bloqueo del haz, el solapamiento entre celdas o la redundancia del sistema también afectan a la calidad de servicio. El solapamiento entre celdas es un factor de diseño importante de tal forma que se garantice que un abonado situado cerca del borde de la celda pueda recibir servicio de múltiples direcciones. Un valor típico de solapamiento es el 15 %, el cual puede variar dependiendo de la densidad de población y de la obstrucción causada por grandes edificios. Finalmente, para minimizar el tiempo de caída del sistema en caso de fallo o degradación del equipamiento, pueden utilizarse transmisores, receptores y antenas de reserva (redundancia de equipos). Cuando el sistema de gestión detecta un fallo en un determinado equipo se conmuta al equipo de reserva en unos pocos microsegundos. Los transmisores y receptores digitales de banda ancha poseen tarjetas de monitorización cuya función es medir parámetros tales como potencia de salida, temperatura, frecuencia del oscilador local, etc. Todos estos valores analógicos se digitalizan y se transmiten hacia el centro de control de red, el cual se encarga de comprobar los márgenes de funcionamiento y conmutar al equipamiento redundante en caso de fallo.
La calidad de servicio o fiabilidad suele medirse por medio del porcentaje de tiempo que el sistema funciona correctamente. Valores típicos oscilan entre el 99,9 % y el 99,999 %. Adicionalmente, para aumentar este porcentaje pueden emplearse técnicas de diversidad. Las técnicas de diversidad pueden realizarse en el dominio espacial, frecuencial o temporal y consisten en proporcionar rutas distintas para transmitir y recibir información redundante. La idea se basa en que ahora es necesario que ocurra un desvanecimiento de la señal simultáneamente en todas las posibles rutas para cortar el enlace. De este modo, suponiendo que disponemos de dos rutas diferentes con una fiabilidad o calidad de servicio del 99,9 %, la calidad resultante empleando diversidad llegaría hasta el 99,9999 %.
El balance de potencias se utiliza para calcular la distancia máxima de la estación base a la que debe situarse un usuario para mantener una determinada calidad de señal. En este cálculo intervienen todas las ganancias y pérdidas del sistema, incluyendo transmisores, repetidores, antenas, propagación en espacio libre, convertidores de frecuencia, amplificadores, desvanecimientos por lluvia o vegetación, etc. Los parámetros de calidad que se utilizan en el balance de potencias son la relación portadora a ruido (CNR, Carrier to Noise Ratio), los niveles de distorsión de tercer orden (CTB, Composite Triple Beat) y la relación portadora a interferencia (CIR, Carrier to Interference Ratio).
La CNR global del sistema se relaciona directamente con la tasa de errores (BER, Bit Error Rate) en recepción. Suponiendo la presencia de ruido blanco gaussiano y las figuras de ruido asociadas a cada componente, el BER se calcula a partir de un modelo teórico basado en el esquema de modulación empleado y el algoritmo utilizado para la corrección de errores. Generalmente se emplean técnicas de corrección de errores en recepción (FEC, Forward Error Correction) basadas en códigos convolucionales y Reed Solomon. Por otro lado, el nivel de distorsión acumulado a lo largo del sistema debe mantenerse en unos niveles aceptables para realizar la demodulación en el receptor correctamente. Los productos de intermodulación generados en transmisores, amplificadores y convertidores de frecuencia dependen de la potencia de portadora, del número de canales y del punto de intercepción de tercer orden del dispositivo. Normalmente se tienen valores de CTB (potencia de intermodulación de tercer orden respecto a potencia de portadora) de unos -35 dBc.
Por último, un importante parámetro de diseño en sistemas inalámbricos punto a multipunto es la CIR, dado que se trata de sistemas celulares sujetos a interferencias. Posteriormente se analizará en detalle la planificación de frecuencias utilizada para minimizar las interferencias. En este momento, simplemente indicaremos que la CIR produce una degradación de la CNR del sistema, conduciendo finalmente a un aumento del BER. En la FIGURA 2 se representa el BER obtenido en recepción para una modulación 64QAM en función de Eb/N0 (energía de bit respecto a densidad espectral de ruido) para distintos niveles de CIR, donde se puede observar el aumento que se produce en el valor de Eb/N0 requerido para una cierta probabilidad de error conforme disminuye la CIR. El valor de Eb/N0 se encuentra directamente relacionado con la CNR, por lo que un determinado valor de CIR conduce a una nueva CNR efectiva del sistema.
El tamaño máximo de celda se encuentra directamente relacionado con la calidad de servicio exigida y puede calcularse por medio del balance de potencias. El tamaño de celda puede variar dentro de la zona de cobertura debido al tipo de antena utilizado, a su altura, a las pérdidas por vegetación, al esquema de modulación empleado y a otros efectos anteriormente comentados. En el caso de la banda de 26 GHz los radios típicos de celda oscilan entre 2-4 km, mientras que la banda de 3,5 GHz proporciona alcances de 15-20 km. No obstante, el tipo de área (urbana, suburbana o rural) condiciona enormemente el tamaño de celda por cuestiones de tráfico. A pesar de que los distintos abonados pueden disponer de un nivel de señal suficiente, el ancho de banda disponible es un recurso compartido. De este modo, en el caso de zonas con alta densidad de usuarios o grandes consumos de ancho de banda (edificios de empresas), no se puede garantizar una cierta calidad de servicio y es necesario reducir el radio de las celdas (en algunos casos hasta los 500 m).
El coste total del sistema depende de una serie de factores: balance de potencias, tamaño de celda, solapamiento entre celdas, número de celdas, capacidad de tráfico, número de sectores por celda y coste por celda. La sectorización de las celdas se realiza por cuestiones de tráfico, ya que permite la reutilización de las frecuencias y por lo tanto del ancho de banda disponible. En general, el coste del sistema depende del número de celdas necesarias para cubrir todo el área de cobertura. El coste de los equipos de radiofrecuencia (transmisores, receptores y antenas) se ve reflejado en cada uno de los sectores de la celda, mientras que el coste del equipamiento interno de la estación base depende de la capacidad de tráfico requerida. Durante el diseño del sistema, los operadores de red suelen utilizar herramientas y software informático para optimizar costes.
La utilización de antenas omnidireccionales en la estación base da lugar a múltiples interferencias en las celdas vecinas, las cuales pueden evitarse empleando frecuencias distintas. Pero dado que se desaprovecha capacidad de tráfico, suelen emplearse técnicas de reutilización de frecuencia para volver a utilizar el espectro en celdas suficientemente alejadas de forma similar a como se realiza en los sistemas de telefonía móvil celular. Adicionalmente, en el interior de una misma celda también se emplea sectorización tanto para aumentar la directividad de las antenas como para independizar el tráfico de un grupo de usuarios.
Las configuraciones habituales consisten en 4 sectores por celda utilizando antenas con un ancho de haz de 90 grados. El diagrama de radiación de una antena sectorial de 90 grados típica se muestra en la FIGURA 3 (curva de color rojo). Se puede observar que la radiación se mantiene prácticamente constante desde -45 hasta 45 grados con una caída bastante suave fuera de la región de trabajo. Precisamente esta caída no abrupta (atenuación de tan sólo 10 dB para 75 grados) provoca interferencia en los sectores adyacentes. Un tipo particular de interferencia es la causada por el lóbulo posterior de la antena (ángulo de 180 grados). La relación entre la densidad de potencia radiada por la antena en la dirección útil y la que radia por el lóbulo trasero se conoce como relación delante/detrás (forward/backward, F/B) y es un importante parámetro de diseño de la antena en lo relativo a interferencias. El ángulo azimut hace referencia al plano horizontal de la antena. Adicionalmente, la antena de la estación base también posee un diagrama de radiación vertical (ángulo de elevación) que se diseña para concentrar el máximo de radiación para aquellos ángulos por debajo de la horizontal que es donde se agrupan los abonados (téngase en cuenta que las antenas suelen instalarse en posiciones elevadas).


Figura 3: Curvas de BER para una modulación 64QAM y varios niveles de CIR.


Por los motivos de interferencia anteriormente comentados, es necesario un aislamiento entre sectores adyacentes que se realiza, bien empleando frecuencias distintas, o bien mediante polarizaciones distintas. De este modo, se llegaría a un esquema de planificación celular como el mostrado en la FIGURA 4. En un principio, hemos supuesto un sistema que emplea únicamente polarización vertical. En este tipo de sistemas se escoge una geometría de las celdas cuadrada para cubrir una determinada área de cobertura, de donde se desprende que existirá solapamiento entre las celdas vecinas si las antenas radian uniformemente en el interior del ancho de haz. En la FIGURA 4se observa que existen celdas de dos tipos (A y B) uniformemente distribuidas a lo largo de toda la zona de cobertura. Las celdas de tipo A trabajan a frecuencias F1 y F3, mientras que las celdas de tipo B trabajan a frecuencias F2 y F4. Al lado de cada celda de tipo A existe una celda de tipo B para evitar interferencias, y a su vez, la orientación de los sectores en las celdas de tipo A situadas diagonalmente es distinta por idéntico motivo. En este esquema de planificación, no obstante, la reutilización de frecuencias que se consigue es del 100%.






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