Sistemas de Tercera Generación

La diversidad de conceptos en los sistemas de comunicaciones móviles trasciende la 2G y se manifiesta en la tercera generación. Tanto es así, que la denominación IMT-2000 (recomendación UIT-R M.1457, transmisiones mínimas de 144 Kbps en entornos exteriores y 2 Mbps en entornos interiores) recoge cinco estándares tanto del entorno TDMA como del entorno CDMA según se muestra en la figura 1.6.

Figura 1.6. Interfaces radio terrestres IMT-2000 (Escalona, 2004).

1.3.1 Estándar UWC-136. Consideraciones generales

La recomendación de la UIT-R M.1457 incluye una serie de versiones de sistemas de 3G que se ven amparadas en el concepto IMT-2000. Entre ellas se encuentra lo que se denomina UWC-136, propuesta diseñada para proveer una tecnología de transmisión radio basada en el estándar IS-136, que mantuviese la filosofía de la comunidad TDMA (fundamentalmente en Norteamérica) de evolución desde la primera hasta la tercera generación. Los objetivos propuestos para los sistemas IMT-2000 son cubiertos por medio de una mejora en la modulación de los canales de 30 KHz (136+), así como definiendo portadoras de banda más ancha conocidas como 136 HS, para cubrir aquellos servicios a los que no es posible acceder con las portadoras de 30 KHz. Con ello, el sistema ya desplegado (136), el mejoramiento de las portadoras de 30 KHz (136+) y el de las portadoras de alta velocidad (136 HS) para los servicios de alta velocidad de 384 Kbps (exterior) y 2 Mbps (interior), se constituye el UWC-136 (Escalona, 2004).

Aspectos técnicos

Las portadoras 136 HS de la interfaz aire son la innovación que condiciona la propuesta UWC-136 como medio para proporcionar servicios de tercera generación en redes TDMA 136. Algunas de las características que se logran son la operación multibanda entre 500 MHz y 2,5 GHz; operación en espectro orientado a funcionamiento FDD, coexistencia de las portadoras 136 HS (fundamentalmente a nivel de ocupación espectral) con sistemas de 2G, sin degradar sus características y eficiencia espectral teórica de al menos 0,45 Mbps/MHz/célula (Escalona, 2004).

En concreto, en las respuestas proporcionadas por el UWC-136 como autoevaluación del estándar, la portadora 136 HS de exterior presentaba una eficiencia de entre 0,741 y 0,810 para el servicio de datos de 384 Kbps, y de entre 0,8976 y 1,2798 para el servicio de 64 Kbps. Para el servicios de datos, según la autoevaluación, máximos de 459 Kbps en 136 HS de exterior y 4,1496 Kbps en 136 HS de interior. En cuanto a compatibilidad, el sistema es compatible con 136 y 136+, a nivel de continuidad del servicio y características.

La portadora de exterior 136 HS, utilizada en el multiacceso FDMA/TDMA, utiliza un ancho de banda de radiofrecuencia de 200 KHz que permite el despliegue de los servicios de datos en exteriores de alta velocidad. Se especifican dos modulaciones obligatorias: GMSK y 8-PSK (8ary Phase Shift Keying) a una velocidad de símbolos de canal común de 270,833 Ksps. La codificación del canal y la modulación pueden variar a fin de lograr una adaptación óptima del caudal en función de la robustez del canal (en concreto, para la modulación GMSK hay cuatro codificaciones de canal posibles -desde 11,2 Kbps hasta 22,8 Kbps en cada intervalo temporal- y para la 8-PSK seis codificaciones -desde 22,8 Kbps hasta 69,2 Kbps en cada intervalo temporal-). La trama básica en estas portadoras contiene ocho intervalos temporales, con una duración de 4,615 ms. Es necesario acotar que la velocidad de datos es variable, no sólo por la adaptación sino también por la posibilidad de agregación de intervalos. Los canales están separados en frecuencia 200 KHz entre sus puntos centrales (Escalona, 2004).

El sistema de interior, basado en portadoras de 1,6 MHz 136 HS (portadora de interior), utilizada en el multiacceso FDMA/TDMA, emplea modulación O-QAM (Offset Quadrature Amplitude Modulation) y, aunque no se incluye en la familia de sistemas

referidos por la GSM 05.05, sus características radio sí que siguen en general sus requisitos. Se especifican dos modulaciones obligatorias: B-O-QAM (Binary Offset QAM, también conocida como Offset QPSK), y Q-O-QAM (Quaternary Offset QAM, también conocida como Offset 16 QAM) a una velocidad de símbolo de canal común de 2,6 Msps. La trama básica en estas portadoras varía en su formato: en tanto que puede tener 16 intervalos temporales o 64, de modo que en ellos se definen las diferentes estructuras de intervalos temporales, cortos (1/64de la duración de la trama, que son 4,615 ms) o largos (1/16 de la duración de la trama). La modulación del canal puede variarse para dar una adaptación óptima del caudal en función de la robustez del canal. Existen cuatro tipos de codificación de canal diferentes, dando velocidades de entre 10,5 Kbps hasta 255,4 Kbps. Nótese que la velocidad de datos es variable, no sólo por la adaptación, sino también por la posibilidad de agregación de intervalos. Los canales están separados en frecuencia 1600 KHz entre sus puntos centrales. Además, la portadora de interior 136 HS tiene un modo de funcionamiento opcional TDD (Escalona, 2004).

1.3.2 Estándar CDMA2000. Consideraciones generales

El estándar CDMA2000 se benefició de la extensiva experiencia adquirida durante años de operación de los sistemas cdmaOne. El estándar fue desarrollado y testado en varias bandas de frecuencias además de la destinada a los estándares IMT-2000 (Escalona, 2004).

Aspectos técnicos

El sistema CDMA2000 1X presenta mayor capacidad de voz, soportando 35 canales de tráfico por sector y por canal RF (26 Erlangs/sector/RF), usando el vocoder EVRC. Este aumento se atribuye en el canal descendente a un control de potencia más veloz, velocidades de código más bajas (1/4) y diversidad en transmisión. En el enlace ascendente, este aumento se atribuye a su característica coherente (Escalona, 2004).

La flexibilidad en la ubicación de la banda de frecuencias permite que el sistema pueda desplegarse en cualquier banda celular, incluyendo 450 MHz, 800 MHz, 1700 MHz y 1900 MHz. Las frecuencias de 900 MHz y 1800 MHz también son posibles mientras la alta eficiencia espectral permite elevadas capacidades de tráfico en cualquier canal de 1,25 MHz (Escalona, 2004).

En cuanto a las velocidades de datos, las redes comerciales CDMA2000 1X de fase 1 soportan un pico 153,6 Kbps. CDMA2000 1xEV-DO permite picos de 2,4 Mbps y CDMA2000 1xEV-DV es capaz de entregar 3,09 Mbps.

Referido a la capa física, el DL soporta velocidades de chip de n x 1,2288 Mcps (n = 1, 3, 6, 9, 12). En el caso de n = 1, la expansión es similar en forma a TIA/EIA-95-B, donde a diferencia de ésta se emplea modulación QPSK y control de potencia de bucle cerrado rápido. Para valores de n superiores a l, existen dos opciones: acercamiento multiportadora, donde los símbolos de modulación se demultiplexan en n portadoras de 1,25 MHz separadas; o expansión directa, donde los símbolos se transmiten en una portadora única con una velocidad de n x 1,2288 Mcps (Escalona, 2004).

1.3.3 Estándar W-CDMA. Consideraciones generales

El sistema W-CDMA (Wideband Code Division Multiple Access) emplea un acceso al medio por división de código, en su versión de secuencia directa. El espectro de señal así generada desde la información original se ensancha hasta los 5 MHz, de modo que la señal resultante se dice que es de banda ancha. La denominación del acceso al medio es por tanto DS-W-CDMA, CDMA de banda ancha con secuencia directa (Mesquida, 2000).

Aspectos técnicos

El acceso radio puede realizarse en las modalidades FDD y TDD.La modulación empleada en los dos modos anteriores es la QPSK, con la excepción de un caso particular en que esta se forma mediante dos BPSK en los ejes I y Q.

La velocidad asociada a la modulación y al acceso W-CDMA es de 38,4 Mcps. Las tramas temporales, tanto en FDD como en TDD son de 10 ms, con 15 intervalos en cada una. Cada trama, por tanto, contiene 38400 chips, y cada intervalo 2560 chips.

Los canales utilizan una codificación de canal contra errores con entrelazado. A esta codificación le sigue el proceso de expansión o ensanchamiento del espectro en dos etapas: primero una canalización, en la cual se utilizan los códigos de ensanchamiento, caracterizados por un factor de ensanchamiento SF (Spreading Factor), y que son los que conducen al ensanchamiento espectral de la señal. Estos códigos son ortogonales entre sí, y

juegan un papel fundamental en el acceso radio. Por último, se efectúa una aleatorización, en la que se utilizan los códigos de aleatorización, de tasa o velocidad de chip, y en la que ya no se produce ningún ensanchamiento del ancho de banda en el proceso. Estos códigos no son ortogonales entre sí, pero también desempeñan un papel básico en el funcionamiento de las redes UTRAN (Universal Terrestrial Radio Access Network) (Mesquida, 2000).

1.4 Hacia la Cuarta Generación de Telefonía Móvil.