Sistemas inalámbricos fijos

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(1)Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica TRABAJO DE DIPLOMA. Sistemas Inalámbricos Fijos. Autor: Juan Leonel Hernández Cárdenas Tutor: Ing. María del Carmen Casas Cardoso Santa Clara. Curso 2007-2008. “Año 50 de la Revolución”.

(2) Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas. Facultad de Ingeniería Eléctrica Departamento de Telecomunicaciones y Electrónica. TRABAJO DE DIPLOMA Sistemas Inalámbricos Fijos Autor: Juan Leonel Hernández Cárdenas e-mail: [email protected] e-mail: [email protected]. Tutor: Ing. María del Carmen Casas Cardoso Prof. Dpto. de Telecomunicaciones y Electrónica Facultad de Ing. Eléctrica. UCLV e-mail: [email protected]. Santa Clara Curso 2007-2008 “Año 50 de la Revolución”.

(3) Hago constar que el presente trabajo de diploma fue realizado en la Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas como parte de la culminación de estudios de la especialidad de Ingeniería en Telecomunicaciones y Electrónica, autorizando a que el mismo sea utilizado por la Institución, para los fines que estime conveniente, tanto de forma parcial como total y que además no podrá ser presentado en eventos, ni publicados sin autorización de la Universidad.. Firma del Autor Los abajo firmantes certificamos que el presente trabajo ha sido realizado según acuerdo de la dirección de nuestro centro y el mismo cumple con los requisitos que debe tener un trabajo de esta envergadura referido a la temática señalada.. Firma del Tutor. Firma del Jefe de Departamento donde se defiende el trabajo. Firma del Responsable de Información Científico-Técnica.

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(5) PENSAMIENTO. PENSAMIENTO. “El aspecto más triste de la vida actual es que la ciencia gana en conocimiento más rápidamente que la sociedad en sabiduría”. Isaac Asimov.. I.

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(7) DEDICATORIA. DEDICATORIA. A mi papá, quien fue, es y será siempre mi guía. A mi mamá del alma. A mi hermana. A toda mi familia. A todos mis amigos. A todos.. II.

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(9) AGRADECIMIENTOS. AGRADECIMIENTOS. En especial, a mi papá, por haberme transmitido todos sus conocimientos y experiencias. En especial, a mi mamá, por su constante preocupación en la superación de mis estudios y por guiarme por el camino correcto. A mi hermana Yanet y a mi cuñado Abel por todo lo que han hecho por mí. A toda mi familia que tanto la quiero por haberme ofrecido los impulsos suficientes para siempre seguir adelante. A mi tutora Mary por su colaboración incondicional. A Pavel Alemán por su valiosa ayuda en la confección de este trabajo. A todos mis amigos, quienes fueron capaces de darme el empujón necesario cuando más lo necesitaba. A mis hermanos Favio, Shaun, Dudley, Miguel Ángel (El Campa), Aleocha, Yuriel (Chichí), Dharmeltha, Yosvany, Semy, Sedy, Herman, a todos, por apoyarme en todo momento. A mis compañeros de aula por todos los momentos que pasamos. A todos los profesores que tan importante papel desempeñaron en mi vida de estudiante y en mi formación de valores. A mi Patria y a mi Universidad por haberme dado la oportunidad de superarme. Desde mi corazón, a todo aquel que de una forma u otra hizo posible la realización de este trabajo. III.

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(11) TAREAS TECNICAS. TAREAS TÉCNICAS. 1. Revisión y análisis bibliográfico sobre los sistemas de acceso inalámbrico fijo existentes en la actualidad. 2. Investigar sobre las principales características de los sistemas de acceso inalámbrico fijo, así como sus ventajas y desventajas. 3. Abordar los temas relacionados con la implementación de estos sistemas en diferentes entornos teniendo en cuenta, principalmente, las particularidades asociadas a la propagación. 4. Valorar alternativas sobre la aplicación de estas tecnologías en función de los servicios que se pueden ofrecer. 5. Confección del informe final.. Firma del Autor. Firma del Tutor. IV.

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(13) RESUMEN. RESUMEN. Actualmente, desarrollar una infraestructura de acceso que satisfaga las necesidades de conectividad y servicios de banda ancha, es uno de los objetivos estratégicos que cualquier nación debe plantearse, pues el empleo y la aplicación masiva de las nuevas tecnologías van de la mano del desarrollo socio-económico. Aunque las inversiones en cualquier infraestructura tienen un costo, el costo social de no hacerlas es mucho más elevado. La infraestructura cableada es insuficiente y presenta un gran deterioro, por lo que se hace inminente la sustitución de estas instalaciones cableadas por las inalámbricas. En este trabajo se estudian las diferentes tecnologías de acceso inalámbricas fijas, así como sus principales características y ventajas con respecto a otras. Estas tecnologías están básicamente propuestas para proponer alternativas realizables en nuestro país, en aquellas zonas donde son necesarias las comunicaciones a nivel mundial y que producto de algunos factores hacen deficiente el despliegue de otros tipos de redes. Estas técnicas son una solución viable para pequeños países como Cuba, por lo que se está valorando la implementación de algunas de estas tecnologías y sus aplicaciones fundamentales.. V.

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(15) TABLA DE CONTENIDOS. TABLA DE CONTENIDOS. PENSAMIENTO.....................................................................................................…………I DEDICATORIA.............................................................................................................….II AGRADECIMIENTOS……………………………………………………………………III TAREAS TECNICAS......................................................................................................…IV RESUMEN………………………………………………………………………………….V INTRODUCCIÓN ..................................................................................................................1 Organización del informe .......................................................................................................3 CAPÍTULO 1.GENERALIDADES DE LOS FWA………………………………………...5 1.1 Introducción a la infraestructura inalámbrica. ..................................................................5 1.2 ¿Qué es FWA? ..................................................................................................................5 1.3 Ventajas de la Radio para las Redes de Acceso Fijo. .......................................................6 1.3.1 Aplicaciones de Accesos Inalámbricos Fijos para servicios de telecomunicaciones públicas. ..................................................................................................................................7 1.3.2 Ventajas que brindan las comunicaciones inalámbricas en comparación con las redes cableadas.................................................................................................................................7 1.4. Objeciones al uso de la Radio. ........................................................................................8 1.4.1 Desventajas de los sistemas de acceso inalámbrico fijo. ...............................................8 1.5. Arquitectura Genérica del sistema FWA.........................................................................9 1.6. Principales características. ............................................................................................11.

(16) TABLA DE CONTENIDOS. 1.6.1 Radio............................................................................................................................11 1.6.2 Cobertura ofrecida por la radio....................................................................................12 1.6.3 Frecuencias de los sistemas FWA. ..............................................................................12 1.6.4 Antenas. .......................................................................................................................13 1.6.4.1 Antenas de altas ganancias en aplicaciones PTP. .....................................................14 1.6.5 Otros tipos de antenas. .................................................................................................15 1.6.5.1 Antenas tipo “Bocina o Horn”. .................................................................................15 1.6.5.2 Antenas Planar. .........................................................................................................16 1.7. Técnicas de Acceso al Medio........................................................................................17 1.7.1 Acceso Múltiple por División en Frecuencia (FDMA). ..............................................17 1.7.2 Acceso Múltiple por División de Tiempo (TDMA). ...................................................18 1.7.3 Acceso Múltiple por División de Código (CDMA).....................................................18 1.8. Clasificación de los sistemas inalámbricos. ..................................................................19 1.8.1 Sistemas de radio PTP. ................................................................................................19 1.8.2 Sistemas de radio Any to any. .....................................................................................21 1.8.3 Sistemas de radio PMP. ...............................................................................................22 1.9. Tecnologías de los sistemas FWA. ...............................................................................23 1.10. Estándares que utilizan. ...............................................................................................23 1.11. Tipos de FWA..............................................................................................................23 1.12. Consideraciones. ..........................................................................................................25 CAPÍTULO 2.PROPAGACION DE LOS SISTEMAS INALAMBRICOS FIJOS……….26 2.1 Introducción al capítulo. .................................................................................................26 2.2 Radiopropagación. ..........................................................................................................26 2.2.1 Mecanismos de propagación........................................................................................28.

(17) TABLA DE CONTENIDOS. 2.2.1.1 Reflexión y Refracción. ............................................................................................29 2.2.1.2 Dispersión. ................................................................................................................29 2.2.1.3 Difracción. ................................................................................................................30 2.2.2 Zona de Fresnel............................................................................................................30 2.2.3 La necesidad de una LOS (Line of Sight, Línea de la Visual). ...................................31 2.2.4 Line of Sight – Checks (Controlador de la Línea de la Visual)...................................32 2.2.5 Ruido radioeléctrico.....................................................................................................33 2.2.5.1 Ruido térmico. ..........................................................................................................34 2.2.6 Selección de lugares ideales para las estaciones de radio............................................34 2.2.7 Ecuación de transmisión en condiciones reales de propagación. ................................36 2.2.8 Margen de desvanecimiento. .......................................................................................36 2.2.8.1 Pérdidas de camino relativas en los sistemas LOS. ..................................................37 2.2.8.2 Pérdidas multitrayecto. .............................................................................................38 2.2.8.3 Efectos debido al multitrayecto. ...............................................................................39 2.2.8.4 OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). .........................................39 2.2.8.5 Modulación Adaptativa.............................................................................................40 2.3 Consideraciones. .............................................................................................................40 CAPÍTULO 3.TECNOLOGIAS DE ACCESO INALAMBRICAS FIJAS………………42 3.1 Introducción al capítulo. .................................................................................................42 3.2 Sistema WLL. .................................................................................................................42 3.2.1 Evolución del WLL. ....................................................................................................43 3.2.2 Servicios que ofrece WLL. ..........................................................................................43 3.2.3 Tecnologías Inalámbricas de WLL..............................................................................44 3.2.4 Principales aplicaciones de WLL. ...............................................................................44.

(18) TABLA DE CONTENIDOS. 3.3 Consideraciones para los servicios de Multimedia.........................................................47 3.4 Banda Ancha (Broadband)..............................................................................................47 3.4.1 Alternativas de redes de acceso de banda ancha..........................................................48 3.5 Sistema MMDS...............................................................................................................48 3.6 Sistema LMDS................................................................................................................50 3.6.1 El caso de Cuba para LMDS........................................................................................51 3.7 WipLL (Wireless Internet Protocol Local Loop). ..........................................................52 3.8 Zonas de aplicación de las tecnologías inalámbricas fijas..............................................53 3.8.1 Países en vías de desarrollo. ........................................................................................53 3.8.2 Países desarrollados. ....................................................................................................54 3.9 Consideraciones. .............................................................................................................54 CONCLUSIONES ..............................................................................................................545 RECOMENDACIONES.......................................................................................................56 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................57 ANEXOS.............................................................................................................…………..61 GLOSARIO DE TERMINOS. ...........................................................................................614.

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(20) INTRODUCCIÓN. INTRODUCCIÓN. En un mundo donde las comunicaciones se tornan más necesarias cada día, es preciso acudir, en ocasiones, a algunas variantes que sirvan de alternativas para conectar una red de comunicaciones a algunos lugares de difícil acceso para la red alámbrica. Por eso, se han desarrollado técnicas inalámbricas que permiten conectarse por medio de las ondas de radio a cualquier red de voz y datos, a velocidades y con prestaciones similares a las de una conexión alámbrica, convirtiéndose en una variante muy necesaria para estos asentamientos. Una de las tecnologías más prometedoras y discutidas en la actualidad es la de poder comunicar computadoras mediante sistemas inalámbricos. Las redes inalámbricas facilitan la operación en los sitios donde la computadora no puede permanecer en un solo lugar, como en almacenes u oficinas que se encuentren en varios pisos. Durante los últimos años se ha experimentado un incremento espectacular en la investigación, desarrollo e implantación de sistemas y redes de acceso inalámbrico fijo de banda ancha. El factor de éxito de estas redes reside principalmente en que son soluciones eficientes en costo y con un alto grado de flexibilidad en su despliegue. En la actualidad se están implantando redes con estas características en todo el mundo debido a que la oferta de equipos comerciales es bastante amplia y se están proporcionando servicios de voz, video y datos a través de dichas redes. No se espera que las redes inalámbricas lleguen a remplazar a las redes cableadas, sino que estas redes se puedan mezclar para así poder generar una red híbrida y poder resolver los últimos metros hacia la estación base. El desarrollo de las telecomunicaciones ha ido tomando un auge considerable, por lo que el servicio de acceso a Internet se convierte cada vez más en un factor importante en este de-. 1.

(21) INTRODUCCIÓN. sarrollo, pero se ha expandido solo en poblaciones urbanas y suburbanas, mientras que las zonas rurales no se satisfacen con este servicio, por su difícil acceso con la utilización de las redes cableadas. Desde el surgimiento de la telefonía, la línea de cobre siempre ha sido el proveedor tradicional del enlace entre el abonado telefónico y la central local, pero la supremacía del cobre en los enlaces locales va decayendo día a día. La radio está desempeñando un papel primordial en la reestructuración de las telecomunicaciones públicas, a la vez de la desregulación, del cambio estructural y del crecimiento rápido en la demanda. Los sistemas inalámbricos son los medios eficaces de la comunicación entre las localizaciones alejadas o móviles, y el terreno difícil de acceder, donde no es posible o es prohibitivo y muy costoso, la implementación y el mantenimiento de la estructura cableada. Además, son los medios eficientes de difundir la misma información a los receptores múltiples. La primera parte del renacimiento de la radio en las redes de telecomunicaciones públicas fue su uso en redes de teléfono móvil, pero la fase próxima está ya sobre nosotros, el uso de la radio como un medio de acceso en redes inalámbricas fijas. Especialmente la telefonía móvil y otras tantas tecnologías de teléfonos vía radio, han sido el pilar de las comunicaciones en zonas rurales donde el aislamiento y los precarios servicios de infraestructura son predominantes. Por lo tanto, se puede afirmar que la telefonía inalámbrica juega un papel vital en el desarrollo económico y social de las zonas rurales, pues representa una alternativa viable en estos contextos. Este trabajo se centra en el estudio de algunas tecnologías de radio que proveen acceso fijo hasta el usuario final y que constituyen un soporte no solo para aplicaciones de telefonía, sino para otros servicios como puede ser la transmisión de datos y multimedia. La situación del problema consiste en la contribución para el perfeccionamiento del acceso de las telecomunicaciones a zonas rurales, teniendo en cuenta las tecnologías inalámbricas existentes y los servicios que estas brindan. Con la ejecución del proyecto se facilitan soluciones para el mejoramiento de esta situación. Los objetivos principales de este trabajo responden a las tareas técnicas a realizar, entre ellos se destacan:. 2.

(22) INTRODUCCIÓN. • Investigar las potencialidades de las tecnologías de acceso inalámbrico fijo. • Caracterizar el estado actual de los sistemas de acceso inalámbrico fijo de banda ancha en el mundo. • Valorar las posibles alternativas en el entorno cubano para la extensión de los servicios de telecomunicaciones a zonas rurales. • Realizar un estudio de la relación de los sistemas de acceso inalámbrico fijo sobre otras tecnologías de acceso inalámbrico de banda ancha. Dentro de los posibles resultados de este proyecto está el desarrollo de los sistemas inalámbricos fijos, motivando a empresas, instituciones u otras entidades a hacer uso de los mismos. Favorecerá el análisis de las diferentes alternativas de comunicación teniendo presente las potencialidades que brinda y proporcionando una solución económica más eficiente. Los resultados de la investigación poseen una aplicación teórica y práctica de gran trascendencia para todos los especialistas, investigadores y diseñadores de redes inalámbricas. Estos sistemas ofrecen una gran variedad de servicios principalmente en zonas rurales de difícil acceso, a las que no llegan las redes cableadas y se hace difícil la comunicación. Son tecnologías adecuadas para establecer radioenlaces, debido a su alcance y alta capacidad, y su costo muy competitivo frente a otras alternativas. Organización del informe El desarrollo del informe se organizó en introducción, capitulario, conclusiones, referencias bibliográficas y anexos. • El capítulo 1.Generalidades de los Accesos Inalámbricos Fijos (FWA). Se dedica a la caracterización de las tecnologías inalámbricas fijas, sobre el cual se desarrolla el trabajo, así como sus ventajas y desventajas con respecto a otras tecnologías. • El capítulo 2. Propagación en los Sistemas Inalámbricos Fijos. Se ofrecen diversas características, principalmente las relacionadas con la radiopropagación. • El capítulo 3. Tecnologías de Acceso Inalámbricas Fijas.. 3.

(23) INTRODUCCIÓN. Se profundiza sobre los principales sistemas inalámbricos fijos, tanto de banda estrecha como de banda ancha. Se presenta la aplicabilidad en diferentes zonas, tanto en países desarrollados como en vías de desarrollo y principalmente la utilidad que exhiben estas técnicas en nuestro país. •Conclusiones: Se realiza un análisis de los resultados obtenidos en la investigación en correspondencia de los objetivos planteados. •Recomendaciones: Se proponen recomendaciones que tienen como objetivo enriquecer el material y que permitan la mejora de este proyecto en el futuro. •Referencias bibliográficas: Se organiza un listado de las referencias bibliográficas consultadas siguiendo la metodología existente para este fin.. 4.

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(25) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA. CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA.. 1.1 Introducción a la infraestructura inalámbrica. En la actualidad, existe un gran desafío en las redes de radio, que es proveer a todos los usuarios un servicio integrado de banda ancha. La realización de este fin depende tanto del desarrollo de los productos para el mercado masivo como del progreso de sistemas que soporten tales productos. Nuevos servicios móviles celulares, estaciones terrestres fijas y sistemas satelitales, están siendo optimizados para proveer servicios integrados de banda ancha. La cantidad de usuarios que demandan servicios de telecomunicaciones, como telefonía y acceso a Internet, van en constante crecimiento. Tradicionalmente se les brindaba un acceso cableado (pares de cobre, coaxiales, etc.), pero el tendido de estos es muy engorroso y toma mucho tiempo implementarlos. Una alternativa son los sistemas inalámbricos, que ofrecen la posibilidad de un rápido despliegue y la posibilidad de que el usuario se encuentre en cualquier lugar dentro del área geográfica de cobertura utilizando las tecnologías de radiofrecuencia, optimizadas para conexiones inalámbricas a diferentes distancias. Los servicios que pueden brindar estos sistemas son los de voz (telefonía, fax, módem), acceso a Internet (banda angosta, banda ancha) de forma simétrica y asimétrica, y acceso a redes privadas. Las aplicaciones más comunes son para extender de forma rápida las redes de acceso dentro de las ciudades y para atender zonas rurales o de ubicación muy dispersa de los usuarios. 1.2 ¿Qué es FWA? Los sistemas de acceso inalámbrico fijo vía radio son todos aquellos que utilizan el espectro radioeléctrico como medio para establecer la conexión entre la red de telecomunicaciones y el domicilio del cliente. Se les conoce también con otros nombres, entre los que se encuentran el "bucle de acceso local vía radio", "bucle local inalámbrico" o "sistemas de acceso inalámbrico punto a multipunto". También aparece, en ocasiones, bajo los acrónimos ingleses FWA (Fixed Wireless Access) o WLL (Wireless Local Loop). Algo importante, es tener presente el término "fijo", para diferenciarlos de los sistemas de comunicaciones móviles que 5.

(26) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA. también utilizan el espectro radioeléctrico. Mediante estas técnicas se pueden proporcionar conexiones de banda estrecha, con capacidades equivalentes al par de hilos de cobre e incluso inferiores. A este tipo de aplicación (figura 1.1) se le conoce como conexión en la “última milla”. Un ejemplo es el del sistema TRAC (Telefonía Rural de Acceso Celular), que se utilizó en España para el acceso telefónico en zonas rurales [1,2].. Fig1.1 Esquema representativo de FWA. 1.3 Ventajas de la Radio para las Redes de Acceso Fijo. Estas redes poseen una serie de características que las hacen muy atractivas, entre las que podemos mencionar: • la manera rápida en la cual las redes de acceso pueden ser implementadas o las redes existentes pueden ser mejoradas añadiéndoles nuevas capacidades. • la velocidad y la facilidad de agregar futuras líneas de cliente para los servicios existentes. • la capacidad de ofrecer nuevos servicios. • la relativamente baja inversión que se necesita para dar cobertura en áreas grandes. • la velocidad con la cual se puede instalar el servicio a los nuevos clientes. Así, las redes de acceso vía radio representan una solución muy atractiva, especialmente para los nuevos operadores de telecomunicaciones, que ven en la radio la solución ideal para competir con la posición dominante del operador establecido, en el punto donde la relación con el cliente es más directa: el bucle local [3].. 6.

(27) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA. 1.3.1 Aplicaciones de Accesos Inalámbricos Fijos para servicios de telecomunicaciones públicas. Los usos más comunes de los sistemas de acceso inalámbricos fijos en las redes de telecomunicaciones públicas son: • Redes de acceso a telefonía rural. • Alta razón de bits para la conexión de los locales comerciales (como edificios en centros históricos). • Redes de acceso al servicio de banda ancha y multimedia. • Alta razón de bits para acceso de Internet. • Tarifa básica ISDN (Integrated Services Digital Network) y redes de acceso al servicio del arrendamiento de líneas de N x 64 Kbps. • Redes privadas 1.3.2 Ventajas que brindan las comunicaciones inalámbricas en comparación con las redes cableadas. • Capacidad para un gran número de suscriptores. • Uso eficiente del espectro electromagnético debido a la utilización repetida de frecuencias. • Prestación de servicios para aplicaciones de datos, voz y video. • Calidad del servicio (en el caso de la voz) comparable al servicio telefónico tradicional y accesible al público en general. • Bajo costo de implementación. • Poco tiempo de instalación. • La reducción de las molestias a la comunidad. • Una mayor facilidad para proteger los sistemas de radio ante actos vandálicos y robos.. 7.

(28) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA. 1.4. Objeciones al uso de la Radio. Existen dos objeciones principales al uso de la radio en los sistemas inalámbricos fijos: • la preocupación por los efectos de la transmisión de radio (electro-niebla con humo). • la posible inseguridad o vulnerabilidad de la transmisión por la posibilidad de sobreescucha, o intercepción de mensajes por terceras partes. Los sistemas inalámbricos fijos utilizan algunas veces antenas altamente direccionales -e.g. (example given, ejemplo dado) antenas parabólicas-, que parecen tener un efecto amenazador sobre la población. La sensación de la población es que están siendo irradiados directamente por tales dispositivos. La verdad es que la potencia total de salida de la radio de estos sistemas rara vez sobrepasa los 100 mW.Según los estándares actuales de seguridad, estos pequeños niveles de radiación no requieren precauciones especiales (e.g. cercar las principales áreas vecinas de las estaciones del transmisor). El nivel de la radiación causado por un transmisor (estación base o terminal del cliente) de un sistema de acceso inalámbrico fijo es considerablemente menor que el de un teléfono móvil, y puesto que nunca está tan cercana al cuerpo representa un riesgo mucho menor que la telefonía móvil. 1.4.1 Desventajas de los sistemas de acceso inalámbrico fijo. A pesar de las ventajas de la tecnología inalámbrica, muchas de las empresas no tienen incentivos financieros significativos para invertir en la satisfacción de los servicios básicos, por lo que se convierten en obstáculos para la implementación de estas tecnologías. • Por motivo de las condiciones sociales y políticas, las tarifas para llamadas locales se mantienen en forma artificial muy bajas, y a menudo por debajo del costo. Como resultado de esto, las rentabilidades de las inversiones en la infraestructura para los servicios básicos son en extremos muy bajos. • Desde la perspectiva financiera, lo atractivo para las operaciones e inversiones inalámbricas en el servicio básico es que mejorarán conforme a los gobiernos.. 8.

(29) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA. • Existen dificultades como accesibilidad a las frecuencias por saturación del espectro, la instalación de torres de antenas en ciudades, o la obtención de permisos de instalación en azoteas e interior de inmuebles. • Si el ancho de banda que se solicita es limitado, también lo será la capacidad del sistema [4]. 1.5. Arquitectura Genérica del sistema FWA. Puesto que los sistemas de FWA son fijos, el requisito para la interoperabilidad de una unidad del suscriptor (FSU) con las diferentes estaciones bases es menos rigurosa que para los servicios móviles. Consecuentemente, existen una variedad de estándares y sistemas comerciales. Cada estándar (o sistema comercial), tiene su propia especificación de interfaz de aire, arquitectura de sistema, elementos de red, y terminología. Por otra parte, aunque los elementos de la red en sistemas diferentes tienen la misma terminología, las funciones de los elementos pueden ser distintas según cada sistema.. Fig1.2 Arquitectura Genérica del sistema FWA. La arquitectura genérica (figura 1.2) del sistema FWA consta de cuatro elementos funda-. mentales:. 9.

(30) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA. • La Unidad del Suscriptor Fija (FSU). Es una interfaz entre los dispositivos cableados del suscriptor y la red del sistema FWA. Los dispositivos cableados con alambre pueden ser computadoras, teléfonos, etc. Varios sistemas utilizan otras siglas para el FSU, tal como la Unidad Fija de Acceso Inalámbrico (WAFU), la Unidad de Radio del Suscriptor (RSU), o la Unidad de Interfaz de Red Inalámbrica Fija (FWNIU). La FSU realiza la codificación/decodificación del canal, la modulación/demodulación y la transmisión/recepción de la señal vía radio, según la especificación de la interfaz de aire. En caso de necesidad, la FSU también realiza la codificación/decodificación en la fuente. Hay variedades de implementaciones de FSU. Una aplicación típica de este tipo de FSU se puede encontrar en edificios de negocios, bloques de apartamentos y áreas de servicios, donde algunos abonados se encuentran muy cercanos. • Interfaz de Aire. Una FSU está conectada con la estación base vía banda de radio que está a varios centenares de MHz o alrededor de los 2 GHz. Desde que FWA es un servicio, se pueden utilizar antenas direccionales fijas de alta ganancia entre la FSU y la estación base, teniendo en cuenta la línea de la visual (o por lo menos, cercana). Así, la señal de FWA es un canal con ruido Gaussiano (no un canal con atenuación Rayleigh). Esto aumenta drásticamente la eficiencia del canal y la capacidad del sistema. Físicamente está delimitada por la estructura de la celda asociada. • La Estación Base. La estación base está compuesta, usualmente, por dos partes: el sistema estación base transmisor-receptor (BTS o RBS), y el controlador estación base (BSC). El BTS realiza la codificación/decodificación y la modulación/demodulación del canal, así como la transmisión/recepción de la señal vía radio. El BTS también se refiere como el puerto de radio (RP) o la unidad transmisor-receptor de radio (RTU). El BSC controla uno o más BTS y proporciona una interfaz para el intercambio local (conmutación) en la oficina central. Un papel importante del BSC es transcodificar los códigos de fuente usados en redes alámbricas y la interfaz aérea. De los roles mencionados, un BSC a. 10.

(31) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA. menudo es denominado unidad de control de puerto de radio (RPCU) o unidad del interfaz entre el transcodificador y la red (TNU) [5,6]. 1.6. Principales características. Los sistemas inalámbricos se caracterizan por las aplicaciones para las cuales fueron diseñados, variando en las técnicas de modulación usadas para cifrar la señal de radio de sí mismos, y en la naturaleza de la antena, determinada por su direccionalidad. Sin embargo, estas diferencias técnicas en el diseño de radio son solamente una reflexión del propósito específico para el cual el equipo piensa ser utilizado. Específicamente, los sistemas FWA emplean 32 Kbps x N y más de tres canales de tráfico disponibles por carrier. 1.6.1 Radio. Usando una señal eléctrica muy fuerte como fuente de transmisión, una onda electromagnética puede transmitirse para que se propague lejos a través del aire. Este es el principio de la radio. Las ondas de radio son producidas por los transmisores, los cuales consisten en una fuente de la onda de radio conectada a una cierta antena. Algunos ejemplos de los sistemas de radio que son usados en las telecomunicaciones públicas incluyen: • radio de baja frecuencia y mástil de la antena, usada en las aplicaciones de radio públicas de la difusión - LW (long wave), MW (onda media), interruptor (onda corta)-. • sistemas de radio HF (High Frequency), VHF (Very High Frequency), o UHF (Ultra High Frequency), y el mástil de la antena usada para la difusión de la radio pública moderna, determinado para las estaciones de radio locales y la difusión de la televisión. • los sistemas de radio de dispersión troposférica usados en los primeros sistemas de radio de telecomunicaciones "sobre el horizonte", e.g. de enviar a apuntalan. • conexiones de radio de microonda, proporcionando conexiones PTP (Point to Point) entre los pares de los puntos finales, usando antenas altamente direccionales "tipo plato". • redes de acceso inalámbricas fijas. 11.

(32) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA. 1.6.2 Cobertura ofrecida por la radio. De forma general, la cobertura es un tema relevante y posee características muy peculiares relacionadas con el contexto al que es referido dentro de las radiocomunicaciones. A causa de las múltiples formas de trayecto radioeléctrico y la diversidad de entornos, este término está referido únicamente a una predicción estadística. El término cobertura de radio se utiliza para designar el área geográfica dentro de la cual es posible la comunicación punto a punto entre dos sitios fijos(el local del abonado y la estación base). Un área de cobertura suficientemente grande en una red de acceso vía radio se puede establecer por la instalación de una sola estación base (o de la estación central). La inversión e instalación del operador en unidades de radio es una inversión de costo variable, que se puede programar para ejecutarse en el paso de la progresión, con el crecimiento del operador en conexiones del cliente y con los beneficios reales del negocio. El objetivo de desempeño de la transmisión está dado por una tasa de error mínima aceptable (BER). La BER mínima aceptable depende del tipo de tráfico predominante, transportado por el enlace de radio: la comunicación de voz es bastante tolerante a los errores, mientras que la transmisión de datos requiere una alta integridad de transmisión [7]. 1.6.3. Frecuencias de los sistemas FWA.. La tecnología de bucle de acceso local vía radio ofrece la posibilidad de llegar al usuario con bajos costos de infraestructura y alta velocidad de transmisión. Las bandas de frecuencia más interesantes para las aplicaciones de los sistemas FWA son las siguientes: • Banda de 400 MHz – 500 MHz: Estas bandas son utilizadas para aplicaciones rurales, sobre todo con los sistemas celulares analógicos. • Banda de 800 MHz – 1GHz: Estas bandas se utilizan para la radio digital celular en la mayoría de los países.. 12.

(33) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA. • Banda de 1,5 GHz: Típicamente, esta banda se utiliza para satélites y enlaces fijos. • Banda de 1,7 GHz – 2 GHz: Principalmente para las bandas de celulares en la mayoría de los países. • Banda de 2,5 GHz: Esta banda se emplea fundamentalmente para equipos industriales. • Banda de 3,4 GHz – 3,6 GHz: Esta banda está estandarizada para WLL alrededor de todo el mundo. • Banda de 10 GHz: Esta banda está disponible para WLL en algunos países. • Banda de 28 GHz – 40 GHz: Esta banda se utiliza para los sistemas de distribución de la microonda alrededor del mundo [8]. 1.6.4 Antenas. La ganancia de una antena es la relación entre la intensidad de radiación en una dirección determinada y la intensidad de radiación de una antena de referencia alimentada con la misma potencia. La antena de referencia teórica está constituida por un radiador isotrópico que radía por igual hacia todas las direcciones. Está claro que no existe una antena como esta en la práctica, sin embargo, existen algunas antenas de referencia que sí son realizables, y cuyas ganancias sobre la isotrópica es conocida o se puede calcular y medir, por lo que sirven como referencia. Los parámetros técnicos de la mayor importancia para seleccionar una antena son los siguientes: • la banda de radio para la cual se diseña la antena. • la ganancia de la antena, el coeficiente de radiación trasera (front to back) y el patrón de la antena. 13.

(34) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA. • la polarización de la antena y la discriminación cross-polar. • el tipo de accesorio de la guía de onda para conectar la antena con la unidad de radio. • el peso, etc. La ganancia de una antena depende de tres factores principales: • La forma física de la antena (la dimensión de una variable y su construcción). • La talla de la antena. • La frecuencia de la señal de portador de radio. 1.6.4.1 Antenas de altas ganancias en aplicaciones PTP. Los tipos de antenas de altas ganancias más usadas en los sistemas inalámbricos PTP, son las antenas de reflector parabólico, aunque en frecuencias más bajas, también se utilizan las antenas Yagi. Las antenas parabólicas, como la de la figura 1.3a, son los tipos de antenas más usados en ondas milimétricas. Tales antenas funcionan como un espejo cóncavo. Las señales de radio son generadas en la unidad de radio y alimentadas por la guía de onda al punto focal de la antena parabólica, donde se lanzan al espacio libre.. Fig1.3a) Antena parabólica; b) Antena Uda-Yagi. Generalmente, mientras más grandes sean las dimensiones físicas de una antena, mayor es su ganancia. En el caso de la antena parabólica de reflector mostrada en la figura 1.3a, el área del reflector, que es perpendicular al poste de la antena, es el factor crítico. Puesto que la mayoría de las antenas parabólicas son de forma circulares, su área es proporcional al cuadrado de su diámetro. Así, una antena de un diámetro de 60 cm tiene un área que recoge 14.

(35) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA. (la superficie del reflector) cuatro veces mayor que la de una antena de 30 cm de diámetro. La fuerza de la señal que resulta recogida en la guía de onda de la antena de recepción, será cuatro veces más fuerte (en los decibelios, 6 dB más fuerte), es decir, el doblar en el diámetro de la antena le produce una ganancia adicional de alrededor de 6 dB. Además, doblar la radiofrecuencia de la operación también agregará 6 dB de ganancia.. ⎛π *D ⎞ G = η⎜ ⎟ ⎝ λ ⎠. 2. (1.1). G: ganancia de la antena. η: eficiencia de la antena. D: diámetro de la abertura. λ: longitud de onda. π: constante (PI) de valor 3,14. Las antenas Yagi, como la mostrada en la figura 1.3b, son las más usadas en bandas de bajas frecuencias, e.g. para la recepción de la televisión (difusión terrestre). La ventaja de la antena Yagi es que su construcción es muy simple y muy barata. 1.6.5 Otros tipos de antenas. 1.6.5.1 Antenas tipo “Bocina o Horn”.. Como su nombre lo indica, una antena tipo bocina se forma físicamente como una bocina. En algunos tipos de antenas de bocina (figura 1.4a), la forma de esta es fabricada para actuar como antena del reflector. Estos tipos de antenas son utilizados a veces como una alternativa para las antenas parabólicas en frecuencias relativamente bajas (e.g. por debajo de 7 GHz). El principio de tales antenas es similar al de las antenas parabólicas.. 15.

(36) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA. Fig1.4a) Esquema de una antena tipo bocina de alta ganancia; b) Fotografía de tres antenas tipo bocina. Las antenas tipo bocina, como las mostradas en la figura 1.4b, se forman generalmente para evitar la entrada del agua de lluvia u otra precipitación. Además, un material transparente se utiliza para sellar la antena del tiempo. Tal cubierta sobre la abertura de la antena se llama cúpula protectora de la antena. Pero mientras que una cúpula protectora de la antena la protege contra la entrada del agua en los tipos de bocina, parabólicos y de otras antenas, desafortunadamente también proporciona una superficie en la cual el hielo se pueda acumular. Este tipo de antena se utiliza muy poco en la práctica, aunque hay otros tipos de estas antenas que sí son empleados. 1.6.5.2 Antenas Planar.. Debido a las objeciones de la sensibilidad pública y de las autoridades locales al montaje de antenas grandes y feas en las fachadas exteriores de edificios, los fabricantes han intentado cada vez más confeccionar diseños de antenas más pequeños y menos molestos.. Fig1.5) Esquema típico de la antena Planar. La idea es que, a los vecinos y a los transeúntes, la presencia de las antenas pase completamente inadvertida. Como lo muestra la figura 1.5, las antenas planar pueden tener una mi16.

(37) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA. rada agradable al ojo, pero el funcionamiento técnico de estas antenas (medidas en términos de su ganancia) siempre no es el óptimo. Antenas de diferentes dimensiones físicas tendrán a menudo una ganancia mejor. Según lo mostrado en la figura 1.5, la construcción interna de una antena planar abarca un arsenal de un pequeño dipolo como las antenas. Cada miniantena individual dentro de este arsenal tiene una característica de transmisión y de recepción omnidireccional. Sin embargo, agregando juntas las señales recibidas de todas las mini-antenas en el arsenal, se consolidan las señales recibidas de una dirección particular, es decir, las que se transmitieron o recibieron del poste de la antena (generalmente un punto en el centro de la placa, extendido a todo lo largo de una línea perpendicular a la placa) [9,10]. 1.7.Técnicas de Acceso al Medio.. Una de las estrategias más importantes para aumentar el número de usuarios en un sistema basado en celdas radica principalmente en la técnica de acceso múltiple que éste sistema emplee. Las técnicas de acceso múltiple en un sistema inalámbrico permiten que varios usuarios puedan estar accediendo simultáneamente a un canal o un grupo de frecuencias, lo que permite el uso eficiente del ancho de banda. El acceso múltiple es de gran importancia porque las tecnologías disponibles de FWA se diferencian en el método de múltiple acceso que utilizan. Las decisiones sobre cual tecnología a adoptar será influenciada considerablemente por el medio del acceso requerido. Cada operador tiene una cantidad dada de espectro de radio a dividirse entre sus usuarios. Existen tres técnicas principales de acceso al medio: FDMA. (Acceso Múltiple por División de Frecuencias, Frequency Division Multiple Ac-. cess). TDMA (Acceso CDMA. Múltiple por División de Tiempo, Time Division Multiple Access).. (Acceso Múltiple por División de Código, Code Division Multiple Access) [11].. 1.7.1 Acceso Múltiple por División en Frecuencia (FDMA).. El FDMA es aquel en el cual la frecuencia está dividida en un número de ranuras y cada usuario utiliza una ranura particular para la longitud de la llamada, o sea, en una RBS (Radio Base Station) el usuario puede utilizar cualquiera de los canales que estén desocupados en un instante considerado. Esta técnica es la única aplicable a los sistemas analógicos. 17.

(38) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA. Cada señal de información al ser enviada modula una portadora distinta. Todas las portadoras moduladas son agrupadas y transmitidas. En la recepción, las señales de cada usuario son separadas por filtros pasabanda adecuados. La interferencia entre los canales adyacentes es determinada por el desempeño de los filtros utilizados y por la separación entre las portadoras. Como los filtros no son ideales, la señal de un determinado canal no estará totalmente confinada dentro de su banda, existiendo siempre un cierto grado de interferencia mutua. 1.7.2 Acceso Múltiple por División de Tiempo (TDMA).. El TDMA es aquel en el cual cada usuario tiene acceso a todas las frecuencias pero solamente en un corto período de tiempo. Basta transmitir las muestras de la señal en un número finito de instantes para que sea reconstruido en el receptor. Las muestras de otras señales pueden ser intercaladas en la transmisión y también recuperadas en la recepción, a través de un detector síncrono adecuado. La interferencia entre canales adyacentes es limitada por este sincronismo, que permite la captación de la energía de una señal determinada, recibida en el tiempo correcto. 1.7.3 Acceso Múltiple por División de Código (CDMA).. El CDMA es aquel en el cual cada usuario tiene la misma banda de frecuencias por todo el tiempo que quiera pero distingue la transmisión mediante el uso de un código particular. El código en cuestión provoca una dispersión del espectro de frecuencia relativa a la banda originalmente ocupada por el usuario. De aquí que esta técnica es también conocida por DS-SSMA (Direct Sequence-Spread Spectrum Multiple Access). La técnica del SS (Spread Spectrum, Espectro Extendido) consiste en combinar la señal de información con un código cuya tasa es muy superior. El resultado es una dispersión de la información en una banda mucho mayor del espectro. La ventaja del método es que la cantidad de energía por banda es muy pequeña, garantizando una mayor inmunidad a interferencias. Además de esto, esta diferencia en la concentración de la energía permite una fácil diferenciación y separación entre las señales dispersadas (codificadas) y no dispersadas, a pesar de que utilicen una misma portadora en el tiempo [12].. 18.

(39) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA. 1.8.Clasificación de los sistemas inalámbricos.. Los sistemas inalámbricos se pueden clasificar atendiendo a varios criterios. Algunos toman en cuenta la necesidad de una comunicación asimétrica, dado que se pueden diseñar para ser más eficientes en el uso del espectro de radio que los sistemas simétricos comparables. Como ejemplos de sistemas inalámbricos asimétricos están la difusión y los sistemas PMP (Point to Multipoint), que estos últimos se han diseñado para utilizar el espectro radioeléctrico altamente eficiente para ciertos tipos asimétricos de comunicación. Se pueden clasificar los sistemas inalámbricos en tres categorías de aplicaciones: • Sistemas PTP (Point to Point): se propusieron proporcionar a la línea comunicación entre dos límites fijados. • Sistemas Any-to-any (Cualquiera a cualquiera): se propusieron proporcionar la comunicación directamente entre dos puntos cualesquiera o más puntos de un número de sistemas móviles u otros límites indefinidos. • Sistemas PMP (Point to Multipoint): se propusieron permitir que un número de usuarios compartan los recursos proporcionados por una sola estación base o tengan en cuenta la difusión de la misma señal simultáneamente a un número de estaciones alejadas [13,14,15]. 1.8.1 Sistemas de radio PTP.. Los sistemas PTP son utilizados mayormente en las redes de telecomunicaciones públicas para la red de tronco y otras conexiones de canalización. Un sistema de radio PTP proporciona una conexión entre dos puntos finales (generalmente fijos) y provee una anchura de banda o una razón de bits fijos, sobre una base permanente. de los sistemas de radiodifusión, la transmisión deseada es a lo largo de una sola línea de transmisión, y generalmente hay que optimizar el sistema para la transmisión a lo largo de esta línea (o de la conexión). El sistema consta de dos radios (transmisor y receptor) y dos antenas, en cualquier extremo de la conexión. Las antenas tienen ganancias muy grandes (en este caso antenas parabólicas del reflector). Estas antenas se diseñan para asegurarse de que toda la señal generada por la radio sea transmitida a lo largo del poste de la antena. El poste de la antena es una línea. 19.

(40) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA. imaginaria que representa la dirección principal de la transmisión de radio y recepción de la antena (en algunos tipos de antenas hay un conductor metálico a lo largo del poste). En un sistema ideal, toda la señal de radio generada por el transmisor de la radio de la izquierda de la figura 1.6, llega a la antena de la radio de la derecha. Si esto fuera posible, la potencia de la señal de radio generada se podría guardar a un mínimo, junto con la interferencia de radio. Un sistema inalámbrico PTP se diseña como el sistema simple de la figura 1.6.. Fig1.6) Esquema típico del sistema Punto a Punto. Las bandas de la radiofrecuencia que afectan el uso del sistema PTP (es decir, en las bandas de los GHz), no pueden propagarse fácilmente a través de los obstáculos, o difractar alrededor de ellos, de modo que la línea de la visual (LOS) es generalmente necesaria entre las antenas transmisoras y las receptoras. Esto se determina a la hora de la instalación del sistema, cuando el controlador de LOS (Line of Sight-Check) se realiza. La necesidad de una línea de la visual entre los límites, y el esfuerzo asociado a los controladores LOS durante la instalación de una conexión PTP de alta frecuencia es incómodo y se agrega al costo del sistema. Por otra parte, este esfuerzo hace posible la realización de enlaces PTP de alto ancho de banda usando las bandas altas de radiofrecuencia que son inadecuadas a las aplicaciones generales de la difusión debido a estas dificultades prácticas. En la práctica, la línea de la visual se puede alcanzar entre casi dos límites que sean solamente una cuestión de cómo los altos mástiles de radio necesitan estar en cualquier lugar de la conexión.. 20.

(41) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA. 1.8.2 Sistemas de radio Any to any.. La mayoría de los sistemas de radio Any to any se diseñan para proporcionar comunicación temporal PTP entre dos puntos, cualesquiera que estos sean, dentro de un gran grupo de dispositivos. La figura 1.7 ilustra el principio de funcionamiento a partir de un ejemplo de una red inalámbrica de HiperLAN que conecta las computadoras en un ambiente de la oficina. En este caso, el espectro de radio (realmente un solo canal de radio) se utiliza como "medio compartido". Con tal que el canal de radio no esté en uso, cualquier computadora puede utilizar el canal para comunicarse con cualquier computadora en red.. Fig1.7) Esquema representativo del sistema Any to any. Los sistemas inalámbricos del tipo Any to any son métodos eficientes y efectivos de proporcionar conectividad completa entre un número relativamente grande de usuarios. El hecho de que cada par posible de usuarios tenga solamente poca información para comunicarse significa que un sistema permanentemente afectado sería poco rentable y muy derrochador del espectro de radio. Permitiendo que una gran cantidad de usuarios compartan el espectro de radio, es posible un uso más eficiente. Sin embargo, esta eficiencia en el uso del espectro no está sin su precio. El problema con los sistemas de radio Any to any es que la dirección de la transmisión de radio no es sabida (como en los sistemas de radio PTP, así que las antenas omnidireccionales tienen que ser utilizadas). En comparación con una antena direccional PTP, una antena omnidireccional tiene una ganancia mucho más baja, reduciendo la calidad y la confiabilidad de los sistemas Any to any en comparación con los sistemas inalámbricos PTP. Además, la transmisión omnidireccional conduce a un mayor po21.

(42) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA. tencial para la interferencia de la radio, y a un riesgo más alto de seguridad, que se asocia a la intercepción despreciada y a la sobre-escucha de las señales de radio por terceras partes. 1.8.3 Sistemas de radio PMP.. Los sistemas Punto a Multipuntos (PMP) abarcan una estación base y un número de estaciones remotas, como se muestra en la figura 1.8. En estos sistemas, la transmisión de la radio no es simétrica como en los sistemas de radio PTP. En los sistemas PMP, se debe tener en cuenta por separado la dirección descendente o downlink (de la estación base a las múltiples estaciones remotas) y la dirección ascendente o uplink (de las estaciones remotas a la estación base). En dirección descendente (es decir, de la estación base a las terminales remotas o a las estaciones del suscriptor), la misma señal está difundida a todos los suscriptores en el área de la célula o del sector. Para alcanzar esto se utiliza una antena de mayor ángulo. En la figura 1.8, una sola antena omnidireccional se está utilizando para difundir la señal a todas las puntas del compás equitativamente. El resultado es un área extensa de la célula.. Fig1.8) Esquema típico del sistema Punto a Multipunto. Alternativamente, una antena del sector se habría podido utilizar con una característica más direccional. La modulación de la radio en la dirección descendente y el esquema de acceso múltiple de un sistema PMP, deben ser diseñados para que la difusión dada de la comunicación de la estación base sea recibida nada más por la terminal remota correcta del sus22.

(43) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA. criptor, sin interferencia de otras comunicaciones de otros suscriptores o estaciones bases. En la dirección ascendente, el espectro de radio disponible tiene en una cierta manera que ser compartido entre todas las terminales activas. Este es el trabajo del esquema de acceso múltiple. Varios esquemas alternativos están disponibles. Para la antena usada en la estación remota, es normal en sistemas inalámbricos fijos (donde la antena se monta y no es permanentemente móvil) utilizar una antena altamente direccional (según lo mostrado esquemáticamente en la figura 1.8). El uso de una antena direccional restringe la probabilidad de la interferencia no deseada en la recepción de las fuentes de radio con excepción de la estación base. Además, durante la transmisión, la interferencia causada a otras terminales del suscriptor puede ser reducida al mínimo dirigiendo toda la transmisión en la estación base. 1.9. Tecnologías de los sistemas FWA.. Las tecnologías de los sistemas FWA se clasifican de acuerdo a su ancho de banda: • Banda Ancha: MMDS (Multichannel Multipoint Distribution Service o Microwave Multipoint Distribution System) y LMDS (Local Multipoint Distribution System) [16]. • Banda Estrecha o Angosta: WLL (Wireless Local Loop). 1.10. Estándares que utilizan.. La mayoría de los sistemas FWA se desarrollan según los estándares (o sus variantes) para sistemas móviles. Básicamente, casi todos los sistemas inalámbricos o técnicas de múltiple acceso, se pueden utilizar para FWA. 1.11. Tipos de FWA.. Existen distintos de FWA, entre los que podemos mencionar [17]: • FWC (Fixed Wireless Cellular). Estos son sistemas basados en las redes celulares, en donde se pueden atender determinadas áreas con equipos fijos o móviles, con la restricción de que solo están permitidos ingresar a la red celular desde el área o celda que se les asigne.. 23.

(44) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA. • LMDS (Local Multipoint Distribution Service). Este sistema fue diseñado inicialmente para la transmisión de televisión, inicialmente analógica y luego digital con el empleo de compresión digital MPEG-2. Debido a que tuvo poco éxito ya que se debían instalar muchas estaciones bases y debía competir con el cable (CATV), no se uso mucho hasta que se le dio la oportunidad como acceso inalámbrico asimétrico de alta velocidad hacia los usuarios que necesitaban transmitir voz y datos (básicamente acceso a Internet o a otras redes). Trabaja en bandas de frecuencias elevadas, pero necesita línea de la visual directa sin obstáculos y permite un gran ancho de banda, con conexiones “always on”. • MMDS (Multichannel Multipoint Distribution Service). Este sistema también fue diseñado inicialmente para la transmisión de televisión y con la llegada del Internet lo extendieron a un servicio bidireccional. Trabaja en las bandas de 2 GHz a 11 GHz, pero necesita línea de la visual directa de preferencia sin obstáculos, permite anchos de banda grandes (menores que los de LMDS) y debido a que está en una frecuencia más baja su atenuación es menor permitiendo que la celdas puedan tener alcances muy grandes como de 15 a 20 Km. • BWA (Broadband Wireless Access). Son los mismos sistemas MMDS y LMDS, pero empleando celdas pequeñas. Esto da la posibilidad de que a un usuario se le pueda asignar un ancho de banda mayor todo el tiempo. • VSAT (Very Small Aperture Terminal). Si bien no se presentan en la última milla, muchas veces estos sistemas son la única forma de conectar zonas muy alejadas, funcionando como una extensión de las redes cableadas voz y acceso a Internet. Los terminales por lo general son estaciones fijas que además tienen una antena satelital y sistemas de generación de energía (solar o generadores). Usualmente se emplea proveer comunicaciones a zonas rurales o centros de explotación minero y petrolero. • ISAT (Internet Satellite Access Terminal). El concepto es similar que el caso anterior con la diferencia que los terminales son portátiles con antenas de fácil despliegue. Los servicios que brinda son voz e Internet con una veloci24.

(45) CAPÍTULO 1. GENERALIDADES DE LOS FWA. dad no muy grande pero suficiente para estar conectado. Su aplicación se da para campamentos en zonas donde no hay otra posibilidad de comunicaciones. • WMAN (Wireless Metropolitan Area Network). En este caso ya hay una norma, la IEEE 802.16, que garantiza de cierta manera la compatibilidad de los equipos, de tal forma que las inversiones realizadas en esta tecnología tengan un mayor tiempo de vigencia que las que se realizaron con tecnologías anteriores. Hay distintos tipos de sistemas de acceso inalámbrico fijos, funcionando de las soluciones análogas simples para las conexiones locales inalámbricas del lazo (bucle local) en redes telefónicas, a través de los sistemas de radio digitales para el servicio básico del ISDN, al acceso inalámbrico de banda ancha y de alta razón de bits. En general, se puede decir que los sistemas más simples funcionan en bandas más bajas de radiofrecuencia (alrededor 2 GHz) y con razones de bits bajas de la oferta a los clientes pero tienen rangos relativamente altos, mientras que los sistemas de banda ancha funcionan en frecuencias más elevadas (e.g. 10 GHz, 24 GHz, 26 GHz, 28 GHz, 38 GHz, 42 GHz), ofreciendo razones de bits mucho más altas a los clientes, pero teniendo el rango restringido. La banda de PMP en 3,5 GHz fue vista inicialmente por los operadores y los fabricantes como la banda ideal para las velocidades de ISDN. Actualmente, se está utilizando cada vez más para los servicios de banda ancha. La tendencia hacia el ofrecimiento de servicios de banda ancha es en parte debido a la demanda del mercado para los servicios de Internet, y a una mejor economía de banda ancha (beneficios más altos para una inversión de capital similar). 1.12. Consideraciones.. Existen diversas tecnologías de acceso inalámbricas fijas, diseñadas cada una de ellas en función de sus aplicaciones y escenarios de trabajo, pero aún queda mucho por explorar en este campo. Las tecnologías inalámbricas son una opción para llegar con accesos muy veloces a nuevos usuarios. Estas tecnologías se presentan como las alternativas para un estudio detallado de sus características.. 25.

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(47) CAPÍTULO 2. PROPAGACION DE LOS SISTEMAS INALAMBRICOS FIJOS. CAPÍTULO 2.. PROPAGACION DE LOS SISTEMAS INALAMBRICOS FIJOS.. 2.1 Introducción al capítulo.. Indiscutiblemente, las tecnologías de acceso inalámbrico fijo son las que proveen enlaces de mayor ancho de banda, dentro de toda la gama de tecnologías inalámbricas existentes, aunque también brindan conexiones de banda estrecha. Los ejemplos más representativos son: WLL, LMDS y MMDS [18]. WLL.. Algunas veces llamado RITL (Radio in the Loop) o FRA (Fixed Radio Access), WLL es un sistema que ofrece servicios de banda estrecha, en el cual la central de comunicaciones local y los suscriptores, se conectan usando la tecnología de radio-base. MMDS.. Una de las tecnologías óptimas para proveer acceso de banda ancha es el Multichannel Multipoint Distribution Service o Microwave Multipoint Distribution System (MMDS), que está clasificada como un FWA de banda ancha. LMDS.. Catalogada como otra de las más prometedoras tecnologías para proveer acceso de banda ancha, está el Local Multipoint Distribution System (LMDS), que también clasifica como un FWA de banda ancha. 2.2 Radiopropagación.. Como se ha dicho anteriormente, la ventaja principal de estos sistemas radica en su fácil y sencilla implementación, sobre todo en zonas donde la planta exterior está saturada o no. 26.

(48) CAPÍTULO 2. PROPAGACION DE LOS SISTEMAS INALAMBRICOS FIJOS. existe. Sin embargo, al ser enlaces de radio, sufren pérdidas con las variabilidades del clima y necesitan tener en cuenta diversos factores para su correcto funcionamiento. La propagación es un tema relativamente complejo, pues depende de muchos parámetros. Cuando las ondas de radio se transmiten desde un punto, se separan y se propagan como frentes de ondas esféricos. Los frentes de ondas viajan en dirección perpendicular a la onda, como se muestra en la figura 2.1.. Fig2.1) Trayectoria de los frentes de ondas. Las ondas de radio y las ondas ligeras son formas de radiación electromagnética que visualizan características similares. Mientras que un haz de luz se puede reflejar, refractar y difractar, una onda de radio también lo puede hacer. Existen cuatro modos o formas de propagación de la onda de radio (ver figura 2.2). Normalmente, un sistema de radiotransmisión se diseña para aprovecharse de uno de estos modos. Las cuatro formas son: • propagación de la línea de la visual o directa. • propagación superficial de la onda (difractada). • propagación de la dispersión troposférica (reflejada y refractada). • propagación espacial de la onda (refractado).. 27.

(49) CAPÍTULO 2. PROPAGACION DE LOS SISTEMAS INALAMBRICOS FIJOS. Fig2.2) Diferentes formas de propagación de las ondas de radio. Las ondas superficiales son características de las bandas de VLF, LF y MF. La reflexión ionosférica ocurre en las bandas de VLF y LF, aunque también puede ocurrir en forma de onda celeste en la banda de HF. Por último, la onda espacial se compone de la onda directa y la reflejada de la tierra y es común verla en las bandas de VHF y UHF. A medida que aumenta la frecuencia y se trabaja en las bandas de SHF y EHF predomina la componente directa. Durante la transmisión de la información, desde el transmisor hasta el receptor la onda electromagnética puede sufrir variaciones, producto de las pérdidas del espacio libre y las pérdidas adicionales, las cuales se producen debido a interferencias, ruido, reflexión, refracción, difracción, dispersión y absorción. 2.2.1 Mecanismos de propagación. Las señales electromagnéticas se propagan a través de diversas formas entre la antena transmisora y la receptora. Si el medio en que se propagan fuera completamente uniforme, las ondas se moverían en línea recta. Para las frecuencias de SHF donde la ionosfera se hace transparente, la propagación en el espacio libre es modificada por el suelo (reflexión y difracción) y por la troposfera (refracción, absorción y dispersión) [19].. 28.

(50) CAPÍTULO 2. PROPAGACION DE LOS SISTEMAS INALAMBRICOS FIJOS. 2.2.1.1 Reflexión y Refracción.. Cuando las ondas provenientes de un medio inciden sobre la superficie de otro; una parte de la energía de la ondas se refleja (cambio en la dirección de propagación), mientras que otra parte de la energía es transmitida o refractada (cambio en la dirección de propagación producto del cambio de un medio a otro), y por otro lado una tercera porción se absorbe (cuando las ondas electromagnéticas atraviesan algún material). Mientras los conductores perfectos reflejan toda la señal, otros materiales reflejan sólo parte de la energía de la onda incidente y transmiten el resto. La reflexión (Figura 2.3a) y la refracción (Figura 2.3b) influyen notablemente en la propagación de la onda en interiores, principalmente en las paredes, pisos, ventanas de cristales grandes, superficies rocosas, etc. Estos fenómenos dependen tanto de las propiedades físicas (superficies geométrica, textura, grosor y composición del material) como de la señal (ángulo incidente, orientación, polarización, y longitud de onda). De aquí que un conductor perfecto refleja el 100% de la energía incidente mientras que un dieléctrico, por ejemplo, refleja una parte de la energía dependiendo del ángulo de incidencia, y refracta el resto. Para un ángulo de incidencia cercano a los 0º, la onda es reflejada en su totalidad, en cambio, para uno cercano a los 90º, esta se refracta. En general, un material refleja parte de energía, refracta otra parte y absorbe el resto. La reflexión también introduce un desplazamiento de fase de 180º, el cual es la causa principal del efecto de distorsión multitrayecto.. Fig2.3 (a) Fenómeno de reflexión. (b) Fenómeno de refracción. 2.2.1.2 Dispersión.. El fenómeno dispersión se produce, cuando en el camino, la señal se encuentra con objetos cuyas dimensiones son pequeñas con respecto a la longitud de onda. Como resultado, el frente de onda se rompe o se dispersa en múltiples direcciones. Las ondas dispersas son 29.