Despliegue

Estructuras multicapa y femtoceldas

En la práctica, la demanda de tráfico no es uniforme ni en la dimensión espacial, ni en la temporal. En cuanto a la dimensión temporal, clásicamente se ha utilizado el concepto de “hora cargada”, de manera que U y T se toman como los valores esperados de las funciones dependientes del tiempo U(t) y T(t) en el período de tiempo en que la red se ve sometida a la mayor carga. En cuanto a la dimensión espacial, la distribución de usuarios presenta grandes diferencias por lo que la visión del despliegue de red trae consigo la necesidad de celdas más pequeñas en los entornos de alto tráfico, ampliándose la superficie cubierta por una celda en entornos rurales.

Así, el despliegue clásico en un entorno urbano hace uso de las denominadas estructuras celulares jerárquicas, en las que se combinan macroceldas, situadas típicamente en las azoteas de los edificios y proporcionando celdas de mayor superficie, microceldas, situadas a pocos metros del suelo con superficies de cobertura más reducidas, y picoceldas, situadas en interiores de edificios y con unos pocos metros de cobertura. De esta manera, las estructuras celulares jerárquicas proporcionan flexibilidad en el despliegue de red y pueden entenderse como inherentemente ligadas a la estrategia de despliegue del operador.

Por otra parte, las estructuras celulares jerárquicas permiten la introducción de mecanismos de gestión de recursos de radio que reduzcan el número de handovers que deben realizarse en la red, mediante una apropiada asociación de los usuarios a las distintas capas de celdas según sea su grado de movilidad. Así por ejemplo, resulta más adecuado soportar una comunicación desde un coche en movimiento a través de macroceldas que no a través de microceldas, ya que en este último caso deben realizarse handovers muy frecuentemente (Comes et al., 2010).

En el contexto de una red GSM en la que el tráfico es básicamente voz, las microceldas y picoceldas responden a la necesidad de satisfacer a una fuerte concentración de usuarios, esto es, S= (B×E)/(U×T) [Km2] debe reducirse debido a que U es muy elevado.

No obstante, con la llegada de HSPA y el uso masivo de acceso a Internet, se incrementa significativamente el volumen de tráfico generado por usuario, con lo que aparece la necesidad de reducir S a causa del incremento de T. Ello deriva en la aparición del concepto de femtocelda, en el que se concibe el despliegue de una estación base de bajo coste por usuario residencial. En este caso, la femtocelda se concibe para proporcionar un enlace vía radio al usuario desde cualquier ubicación en su entorno doméstico y ella en sí mismo proporciona conectividad a través de una conexión ADSL. Al estar la movilidad del usuario confinada en su entorno doméstico la mayor parte del tiempo de utilización del servicio, la problemática de los handovers no aparece como elemento limitativo, aunque S pueda resultar muy reducida (IEEE, 2009).

Así, las femtoceldas en el marco de los sistemas como LTE permitirán que los usuarios puedan gozar de las velocidades de transmisión de pico, sin malgastar capacidad de red para penetrar en interiores, donde se genera gran parte del tráfico a cursar. Otra ventaja que

pueden aportar las femtoceldas es que pueden hacer uso de las bandas de frecuencia más altas al tener asociadas coberturas limitadas (IEEE, 2009).

Redes heterogéneas

El despliegue de LTE supone la operación de una nueva tecnología, aumentando el grado de heterogeneidad ya existente hoy en día en los escenarios típicos de comunicaciones móviles. La explotación de la heterogeneidad de redes de acceso radio requiere lógicamente de la capacidad de inter-operación entre las mismas.

Por otro lado, el nacimiento de UMTS ha despertado un gran interés en el estudio de las ganancias que podrían alcanzarse con la explotación conjunta de los recursos de radio correspondiente a redes heterogéneas, a través de los denominados mecanismos Common Radio Resource Management (CRRM). En este sentido, las estrategias de selección de red y handover vertical entre redes GERAN/UMTS permiten conseguir mejoras de capacidad significativas.

La heterogeneidad de las redes es un aspecto de gran importancia en el marco del despliegue LTE, atendiendo a que las redes legadas pueden seguir cursando tráfico asociado a diferentes servicios y así continuar la amortización de sus inversiones, de manera similar a lo ocurrido en su día con el despliegue de UMTS y la continuidad en el uso de la red GSM para cursar tráfico de voz (Comes et al., 2007).

Mecanismos SON

Con todo lo anterior, en un escenario urbano pueden estar desplegadas un número muy elevado de estaciones base de todo tipo, máxime si se considera un despliegue intensivo de femtoceldas domésticas. En estas condiciones, aparece un nuevo paradigma vinculado a la complejidad de la gestión de una red de acceso de radio formada por un número muy elevado de nodos. Así, evoluciona también la concepción de la manera en que una red como LTE deberá operarse y gestionarse, ya que la presión por reducir costes conlleva a realizar una explotación de la red mucho más eficiente. En este sentido, los conceptos Self- Organizing Networks (SON) se vislumbran como un ingrediente importante, ya que la componente OPEX repercute de manera significativa en la estructura de costo. SON persigue la configuración y optimización automática de la red, existiendo consenso en foros como NGMN de que jugará un papel relevante para hacer a LTE más atractivo y, como

prueba de ello, está recibiendo en los últimos años gran atención. Por ejemplo, se han formulado los casos de uso en diferentes fases: planificación, despliegue, optimización y mantenimiento (NGMN Alliance, 2007).

Conceptos SDR en el despliegue de red

Finalmente, en cuanto al despliegue y estructura de la red radio, cabe destacar que la implantación de LTE supone la posibilidad de llevar a la práctica algunos de los conceptos que se han ido gestando y madurando en los últimos años en el entorno Software Defined Radio (SDR). Se entiende por SDR un dispositivo de radio en el cual algunas de sus funciones de nivel físico (o todas) pueden modificarse por software, lo que proporciona mayor flexibilidad frente al hardware tradicional, por ejemplo, que se puedan añadir nuevas capacidades o modificar las existentes sin necesidad de reemplazar el hardware. Por otra parte, la enorme evolución en términos de capacidad de computación permite la separación física de las funcionalidades puramente de radio y de procesado digital, de manera que la unidad de radio podría estar distribuida en los emplazamientos desplegados sobre todo el territorio, mientras que la unidad digital podría ubicarse en un centro de gestión soportando multitud de emplazamientos, unidos por fibra óptica, tal y como ilustra la Figura 2.1.

Figura 2.1. Modelo de separación física entre la unidad radio y la unidad digital (Comes et al., 2010).

Los diferentes aspectos mencionados tienen, en definitiva, una misma motivación: reducir el coste de despliegue y operación de la red, para tratar de compensar la brecha cada vez

mayor entre el nivel de tráfico, y la saturación en los ingresos que se observa (Comes et al., 2010).