Visión de conjunto
En este trabajo se considera a la fibra óptica como un soporte para los sistemas inalámbricos, lo que garantiza que puedan suministrar las tasas de datos necesarios para cumplir con el crecimiento previsto en el consumo de datos en dispositivos móviles. Los beneficios de la fibra óptica para las redes de acceso de telefonía fija están bien documentados; la fibra proporciona un rendimiento significativamente mejor para los servicios de banda ancha que las redes de cobre todavía ampliamente utilizadas en la actualidad.

Sin embargo, las tecnologías inalámbricas están mejorando en términos de rendimiento, también buscan hacer frente a un reto diferente a las redes de telefonía fija, la de la entrega de datos móviles y los requisitos de voz. Dado que las tecnologías inalámbricas y de línea fija convergen y las líneas divisorias se vuelven menos claras, el denominador común será la fibra óptica. Ya sea considerando fibra-a-la-x (FTTx), WiMAX o LTE, las futuras redes de acceso de fibra se incluyen como una parte esencial de la infraestructura de la red.

 

El crecimiento del tráfico IP ejerce presión sobre las redes móviles
El tráfico a través del protocolo global de internet (IP), el tráfico se ha disparado ya que los consumidores y las empresas adoptan servicios de gran ancho de banda, como video-streaming , juegos y software basado en la nube. Este aumento en el tráfico de datos es posible gracias al despliegue de redes de banda ancha más rápidas, tanto fijas como móviles.

El uso de datos en móviles se proyecta con un crecimiento tres veces más rápido que el tráfico IP de las líneas fijas. Según el Índice Visual Networking  Index de Cisco, el tráfico de datos móviles a nivel mundial aumentará 18 veces en el período 2011-2016. La demanda de contenido de vídeo se espera que sea un motor importante para este crecimiento. El aumento en el número y sofisticación de los dispositivos móviles, como teléfonos inteligentes, tabletas y “dongles”, también está impulsando el crecimiento de datos móviles. De hecho, los ordenadores portátiles (“laptops”)con dongles generan 450 veces más tráfico de datos que los teléfonos.

Las redes de los operadores ya están siendo empujadas a los límites de uso de datos móviles. Una manera en que los operadores pueden reducir la presión sobre la capacidad de la red es animando a sus clientes a descargar el tráfico de datos móviles a las redes de acceso de telefonía fija a través de Wi-Fi o femtoceldas. Una gran proporción de tráfico de datos móviles se consume en el hogar del abonado o lugar de trabajo, este enfoque es convincente para los operadores. El uso de las tecnologías de redes complementarias para la entrega de datos de redes móviles ha creado un nuevo sector de mercado. Aproximadamente una tercera parte del tráfico de datos móviles fue descargado “offloaded” en el año 2011, según Cisco.

La creciente demanda de capacidad de datos en las redes móviles plantea preguntas interesantes: ¿pueden o deben coexistir las de tecnologías de fibra óptica e inalámbricas, o son en última instancia tecnologías competentes entre sí?

Las tecnologías inalámbricas se explican
La comunicación a través del aire esencialmente cumple una de dos funciones. El acceso inalámbrico fijo proporciona una extensión o reemplazo de redes de acceso de telefonía fija, mientras que las redes móviles están diseñadas para satisfacer las necesidades de comunicación de las personas en movimiento. Las diferentes tecnologías se han desarrollado en torno a estos escenarios de usuarios diferentes.

Las Redes de Área Local (LAN) proporcionan conectividad a un grupo local de ordenadores y otros dispositivos electrónicos. Las LAN inalámbricas se han desarrollado para ofrecer servicio en lugares donde es difícil o caro, instalar cableado de LAN. La tecnología ha sido estandarizada por la IEEE Standards Association bajo IEEE 802.11, pero es más conocida por su nombre comercial Wi-Fi.

Las redes de móviles o celuláres proporcionan conectividad en una amplia zona y permiten a los usuarios moverse sin problemas entre diferentes ubicaciones en la misma red, o incluso entre diferentes redes (roaming).
Originalmente diseñada para llevar los servicios de voz, la tecnología móvil fue adaptada más adelante para apoyar la transferencia de datos, y la última generación de estándares de redes móviles, conocida como Long Term Evolution (LTE), se ha diseñado desde el principio para soportar la transmisión de datos.

La tecnología de red móvil también se puede configurar para proporcionar acceso inalámbrico fijo. Operando desde una ubicación fija da como resultado una señal más clara y facilita limitaciones de duración de la batería y el factor del tamaño, lo que mejora el rendimiento general de la red.
Echemos un vistazo a las tecnologías en un poco más de detalle

Wi-Fi
Wi-Fi es una de las tecnologías inalámbricas de comunicaciones más populares en uso hoy en día, principalmente debido a que es fácil de instalar, fácil de usar y barata.

La tecnología permite a los dispositivos electrónicos, como ordenadores e impresoras, el intercambio de datos a través de una red local a través de ondas de radio en lugar de cables. La conexión inalámbrica hace el mismo trabajo que un cable Ethernet que va desde un ordenador a un router o switch. El router permite que los ordenadores conectados a la LAN puedan comunicarse con la red de área amplia (WAN).

Muchos dispositivos vienen ahora con Wi-Fi integrado, por ejemplo, ordenadores personales, teléfonos inteligentes, tabletas, consolas de videojuegos o televisores conectados, lo que les permite conectarse a un recurso de red, como Internet a través de un punto de acceso inalámbrico o “hotspot”.

Wi-Fi se ha hecho muy popular en el ambiente del hogar, lo que permite la conectividad en cualquier sitio sin necesidad de instalar cables. El uso nómada de la tecnología Wi-Fi, en cafés urbanos y otros lugares de la calle, también se está expandiendo rápidamente. Algunas ciudades y centros urbanos proporcionan una “manta” de cobertura Wi-Fi.

Un punto de acceso inalámbrico puede transmitir o recibir datos a través de una distancia que oscila desde varios metros (si, por ejemplo, hay paredes gruesas en su camino) hasta muchos kilómetros, si no hay ningún obstáculo y una señal suficientemente potente. En la práctica, como Wi-Fi utiliza principalmente espectro sin licencia, la potencia de la señal suele estar limitada para evitar las interferencias entre los diferentes usuarios. Sin embargo, configuraciones especiales punto-a-punto pueden alcanzar varios kilómetros.

El alcance máximo y la capacidad del sistema de Wi-Fi son determinados por la versión de la norma IEEE 802.11 que utilizan, así como las opciones específicas implementadas por el fabricante de hardware. IEEE 802.11-1997 fue el estándar original de red inalámbrica, pero 802.11b fue el primero en ser ampliamente aceptado, seguido de 802.11g, 802.11n.

Lanzado en 1999, 802.11b utiliza la banda de frecuencia de 2,4 GHz original con un alcance de 30 metros y velocidades máximas de 11 Mbps, que era comparable a velocidades de banda ancha en ese momento.
Para mantenerse al día con el aumento de la velocidad de banda ancha, una nueva versión, 802.11g, fue lanzada en el 2003. Este aumentó la velocidad de datos hasta 54 Mbps, utilizando un esquema de codificación más eficiente, manteniendo la frecuencia de 2,4 GHz.

Con la enmienda 802.11n en 2009, las cosas se complicaron. Esta añadió la capacidad de funcionar con canales de frecuencias más amplios, tanto en la banda de frecuencia de 2,4 GHz como en la de 5 GHz, y el uso de múltiples antenas. Las técnicas de entrada múltiple, salida múltiple (MIMO) permiten a múltiples usuarios conectarse a un único punto de acceso Wi-Fi asignando a cada usuario a una sola antena. 802.11n tiene una máxima velocidad de datos de 150 Mbps por antena (utilizando un canal de 40 MHz), soportando hasta cuatro antenas.

En la actualidad, el IEEE está terminando el trabajo en 802.11ac, que promete velocidades de hasta 867 Mbps por antena (utilizando un canal de 160 MHz), y aumenta el número de antena soportada hasta ocho, para una capacidad teórica máxima total de 6,93 Gbps. Los primeros productos que aparecen en el mercado antes de la finalización de la norma ofrecen una configuración que admite hasta 1,3 Gbps.

WiMAX
WiMAX (acrónimo de Worldwide Interoperability for Microwave Access) es una tecnología inalámbrica basada en IP que ofrece MAN inalámbrica como una alternativa a las redes DSL y cable. Se basa en la familia de normas IEEE 802.16, también llamada WirelessMAN.

Paralelamente a los esfuerzos de estandarización IEEE, el Foro WiMAX promueve la adopción mediante el establecimiento de una marca para la tecnología y fomentando la interoperabilidad a través de un programa de certificación.

WiMAX proporciona un rendimiento similar a las redes 802.11/Wi-Fi, pero con la cobertura y calidad de servicio de las redes celulares. Puede proporcionar acceso inalámbrico de banda ancha hasta 50 kilómetros por conexiones fijas y aproximadamente un tercio de esta distancia para los usuarios móviles.

La cuestión de la interferencia con otras redes se reduce mediante el enfoque técnico. WiMAX opera en frecuencias tanto con licencia como sin licencia, con frecuencias licenciadas proporciona un entorno regulado y que es adecuado para los operadores inalámbricos.

Al igual que Wi-Fi, las normas WiMAX han evolucionado a través de varias generaciones tecnológicas. Mientras que el enfoque inicial de WiMAX era proporcionar acceso inalámbrico a una ubicación fija, hubo un empuje posterior de la industria para proporcionar también servicios móviles WiMAX. De ahí que la norma resultante, aprobada en 2005 y descrita en el estándar 802.16e, es conocida como Release 1.

Mobile WiMAX Release 2.0, aprobada en 2011 y descrita en 802.16m, también se conoce como WirelessMAN-Advanced. Ofrece velocidades más rápidas de descarga y subida que la generación anterior de tecnología con velocidades máximas de descarga de hasta 365 Mbps para usuarios móviles y más de 1 Gbps para conexiones fijas (que se logra mediante la unión de más bandas de espectro).

Al igual que Wi-Fi, la velocidad actual soportada por equipos WiMAX dependerá de diversas opciones técnicas, tales como el número de antenas y la cantidad de espectro disponible.

WiMAX 2 también ha sido oficialmente aprobada como la tecnología móvil “4G Real”  por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU). La ITU ha descrito - en el conjunto de especificaciones de la Organización Internacional de Telecomunicaciones Móviles Avanzadas (IMT-Advanced) - lo que cree que representa un verdadero cambio generacional en la tecnología móvil, en comparación con las anteriores de tercera generación (3G). Los requisitos incluyen la capacidad de proporcionar velocidades de datos sostenidos de 100 Mbps para conexiones móviles y 1 Gbps para conexiones fijas.

Así, mientras que se originó a partir de la misma estabilida que Wi-Fi, WiMAX actualmente se asemeja más a LTE en términos de sus capacidades. WiMAX y LTE se dice a menudo que son competitivas, pero también parecen estar convergiendo. En futuras versiones, el estándar WiMAX se espera que proporcione un marco que puede soportar múltiples interfaces aéreas, incluyendo ambasl 802.16 y el sabor dúplex de división de tiempo (TDD) del estándar LTE.

Comunicación móvil
Una red de telefonía móvil o celular, como el nombre indica, es una red de radio formada por un número de células de radio cada una atendida por al menos un transceptor de ubicación fija conocida como una estación base. Estas células cubren diferentes áreas geográficas para proporcionar cobertura de radio sobre un área mucho mayor que la superficie de cualquier célula única. Los transceptores portátiles (teléfonos móviles u otros dispositivos) se pueden utilizar en cualquier célula y moverse a través de más de una célula durante la transmisión.

Las redes móviles utilizar espectro con licencia. Los operadores móviles de red deben adquirir espectro “en propiedad” dándoles los derechos exclusivos para transmitir en una banda espectral particular, por lo general en una subasta, y muchas veces a un coste considerable.

Cuando un dispositivo móvil se enciende, se registra en la red móvil, utilizando identificadores únicos, para que luego pueda ser alertado cuando hay una llamada entrante. El dispositivo constantemente “escucha” la señal más intensa que se recibe de las estaciones base circundantes y conmutada entre los emplazamientos para mantener la señal cuando el usuario se mueve alrededor de la red, por lo tanto, manteniendo la llamada.

La tecnología utilizada en la interfaz de radio ha cambiado considerablemente a lo largo de los años. La primera generación (1G) de los sistemas móviles, basados ??en tecnología analógica, sólo se llevaba llamadas de voz.
Cuando llegaron los sistemas de segunda generación (2G), sustituyeron las redes analógicas con digitales. El mayor despliegue de tecnología 2G es el Sistema Global para Comunicaciones Móviles (GSM). Es una tecnología de conmutación de circuitos; ideal para la transmisión de voz, pero con limitaciones para transportar datos.

En el 2000, la introducción de General Packet Radio Service (GPRS) añadió la funcionalidad de paquetes,  y comenzó la entrega de Internet en los teléfonos móviles con velocidades de hasta 56 kbps. Otras mejoras a las redes GSM se hicieron con la introducción de las tasas de datos mejoradas para GSM Evolution (EDGE), que aumentó las velocidades de datos pico hasta un máximo de 236,8 kbps.

En 1998, la 3rd Generation Partnership Project (3GPP), un esfuerzo de colaboración entre las organizaciones de desarrollo de normas y la industria, se formó para impulsar el desarrollo futuro de las tecnologías móviles basadas en GSM. El resultado fue el Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles (UMTS) familia de tercera generación (3G) de estándares, que utiliza la red núcleo GSM, pero tiene un estándar de interfaz aérea nueva basada en  Wideband Code Division Multiple Access(W-CDMA).

Cuando se lanzó UMTS, no sólo proporció velocidades de datos más rápidas y fiables de hasta 384 kbps, pero se basó en una plataforma mejorada que permitió el uso simultáneo de voz y datos. Mejoras evolutivas a UMTS se han traducido en tasas de datos más altas, con velocidades de hasta 14,4 Mbps inicialmente soportadas por High Speed ??Packet Access (HSPA). Los rátios máximos teóricos de datos aumentaron a 42 Mbps cuando HSPA Evolved (HSPA +) se implementa en la red.

En paralelo al desarrollo de las tecnologías GSM, los operadores móviles en otras partes del mundo han seguido diferentes enfoques. En América del Norte y Corea del Sur algunos operadores eligieron IS-95 o cdmaOne, que se desarrolló a CDMA-2000 y luego CMDA Evolution-Data Optimized (EV-DO). Time Division Synchronous Code Division Multiple Access (TD-SCDMA) es una interfaz de radio desarrollada para redes de telecomunicaciones móviles UMTS en China.

La familia de normas  Long Term Evolution (LTE) creadas por el 3GPP está destinado a proporcionar una ruta de actualización común para las diversas normas en todo el mundo, y se dice que esta convergencia de tecnologías inspiró el nombre. LTE es una actualización revolucionaria que requiere una nueva interfaz de radio junto con la mejora de la red núcleo.

LTE (Release 8 y 9) tiene una capacidad teórica de velocidad de bits de hasta 300 Mbps en el enlace descendente y 75 Mbps en el enlace ascendente en un canal de 20 MHz cuando se utilizan equipos de gama altaa (antenas 4x4 MIMO). Sin embargo, los teléfonos móviles LTE en el mercado hoy en día generalmente soporantan una velocidad de datos máxima de 100 Mbps en el enlace descendente y 50 Mbps en el enlace ascendente.

LTE Advanced (Release 10 y 11) trae el proceso de desarrollo d las normas de red móvil, hasta el día de hoy. LTE Advanced cumple con los requisitos más exigentes de la UIT para “4G Real” tal como se define por IMT-Advanced - proporcionando velocidades de datos sostenidas de 100 Mbps para conexiones móviles y 1 Gbps para conexiones fijas. Vale la pena señalar, sin embargo, que esto requeriría hasta cinco operadores 20 MHz, lo que es poco práctico para la mayoría de los operadores, ya que no tienen espectro suficiente.

Velocidades inalámbricas en el mundo real
Como vimos en la sección anterior, las tecnologías inalámbricas están mejorando continuamente y hoy son teóricamente capaces de alcanzar velocidades que rivalizan e incluso a veces superan a las alcanzables en las redes de acceso fijas, incluso de fibra hasta el hogar (FTTH).

Sin embargo, las velocidades teóricas de redes inalámbricas nunca se logran en la práctica. Hay varias razones para esto:

Ejecución técnica: Las mayores tasas de datos sólo se puede conseguir cuando se utiliza el equipo de más alta especificación, tanto en el equipo del usuario como en el punto de acceso o estación base conectada a la red. Wireless es un equipo que siempre caerá de nuevo al mínimo denominador común, tanto el equipo en la red como el del usuario debe ser capaz de soportar la velocidad. Además, para que los enfoques MIMO sean viables, la antena tiene que estar situada al menos a la mitad de la longitud de onda ().. En 2 GHz la mitad de una longitud de onda corresponde a 7,5 cm. Por lo menos en los terminales pequeños tal distancia a la antena es difícil de lograr.
Sobrecarga de protocolo: la velocidad máxima teórica incluye una sobrecarga significativa a partir de datos de protocolo de red que las conexiones inalámbricas deben cambiar por razones de seguridad y fiabilidad. Los datos útiles intercambiados siempre se producirán a velocidades de datos inferiores. Las sobrecargas Wi-Fi, en particular, pueden ocupar una parte importante de las transmisiones, especialmente en situaciones donde hay múltiples redes superpuestas, como un bloque de apartamentos.

(Continua en la próxima edición)

Autor:

Colaboradores: Stephen Hough - Sterlite Technologies Ltd, José Salgado - PT Inovação Jim Crowfoot -
Senko Advanced Components,  Didi Ivancovsky - Broadcom Wolfgang Fischer -
Cisco Pauline Rigby - editor freelance.

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