CD-0891

Rosa Castillo

30/5/2024

¡Este material tiene más páginas!

Vista previa del material en texto

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y
ELECTRÓNICA

“DISEÑO DE UN SISTEMA DE TRANSMISIÓN Wi-MAX DE VOZ
Y DATOS, PARA EL REEMPLAZO DE LOS EQUIPOS DE
RADIO SMD-30 DE LA ZONA NOROCCIDENTAL DE
PICHINCHA, PERTENECIENTES A LOS SISTEMAS
QUITO-3 Y QUITO-4 DE ANDINATEL S.A.”

PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENI ERO EN
ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES

ROLANDO JAVIER NARVÁEZ VERA

DIRECTOR: Ing. CARLOS HERRERA
CO-DIRECTOR: Ing. JUAN PABLO QUINAPALLO

Quito, Julio 2007

DECLARACIÓN

Yo, Rolando Javier Narváez Vera, declaro bajo juramento que el trabajo aquí
descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún
grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas
que se incluyen en este documento.

A través de la presente declaración cedo mis derechos de propiedad intelectual
correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo
establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la
normatividad institucional vigente.

Rolando Javier Narváez Vera

CERTIFICACIÓN

Certificamos que el presente trabajo fue desarrollado por Rolando Javier Narváez
Vera, bajo nuestra supervisión.

Ing. Carlos Herrera. Ing. Juan Pablo Quinapallo.
DIRECTOR DEL PROYECTO CO-DIRECTOR DEL PROYECTO

AGRADECIMIENTO

Agradezco a Dios, por bendecirme y cuidarme en mi diario caminar, por
brindarme la oportunidad de compartir con mí familia los buenos y malos
momentos que nos brinda la vida y por darme la sabiduría, dirección y fortaleza
para culminar con éxito mi carrera.

A mi madre, Julia Narváez por haberme dado la vida y que gracias a su grandeza
y esfuerzo, ha demostrado ser una gran madre para mí y para mis hermanos.

A mis abuelitos, Vicente y Bertha quienes fueron como mis padres, por haberme
apoyado incondicionalmente durante toda mi formación académica y porque me
enseñaron a no darme por vencido en los momentos difíciles, gracias por estar
ahí siempre.

A mis tíos, que me han enseñado con el ejemplo, a ser honesto y leal, a valorar a
las personas y quienes con sus sabios consejos me han ayudado a salir adelante
día tras día.

A mis primos y demás familiares porque han estado ahí cuando más los necesité.

Agradezco a mi amigos Xavier, Fernanda, Pao, Julio, Christian, Eddie, Jorge,
Gaby y a todas las personas con las que he podido compartir momentos
especiales de mi vida.

A Nancy, quien me enseñó en todo el tiempo que compartimos juntos las cosas
simples y a la vez tan valiosas de la vida.

A los Ingenieros Carlos Herrera y Juan Pablo Quinapallo, por su acertada
dirección en el desarrollo de este proyecto hasta su culminación.
DEDICATORIA

Dedico el presente proyecto a mis madres por todo el amor y el apoyo que
siempre me han brindado, por ser el ejemplo a seguir por su esfuerzo y
dedicación, ya que gracias a ellas he llegado a ser lo que soy.

A toda mi familia, quien siempre ha estado cuando más los necesité, en especial
a mis tíos Segundo y Teresa, y a mis padrinos José y Carmita, mil gracias por
todo.

Y especialmente a ti Karito, con todo el amor que mi corazón siente por ti y por
ser una persona muy especial en mi vida.

]tä|xÜ

M
M
M
M
M
M
M
M
M
M
M
M
M
M
M
M
M
M
PRESENTACIÓN

En la actualidad, la tecnología Wi-MAX se perfila como una estupenda
oportunidad para ampliar los servicios de telecomunicaciones a nivel
gubernamental, empresarial e institucional.

Los gobiernos y empresas operadoras de telecomunicaciones pueden respaldar
los actuales esquemas de comunicación de datos por medios alámbricos, usando
celdas Wi-MAX ubicadas de manera estratégica en zonas de acceso controlado.

Esta tecnología ha sido ya pronosticada como la siguiente gran revolución en
conectividad inalámbrica de cara a varios años vista, por lo que día a día las
empresas operadoras de telecomunicaciones están reemplazando la tecnología
actual por sistemas de transmisión Wi-MAX, ya que la capacidad de señal de
Wi-MAX permite cubrir un área mucho mayor que una señal de Wi-Fi tradicional.

La tecnología Wi-MAX permite ofrecer conexiones de banda ancha a través de
ondas de radio, caracterizándose por una gran cobertura y mecanismos de
confidencialidad de datos.

Para Wi-MAX el mercado prometedor está en las zonas rurales, ya que los costos
de la infraestructura no son tan elevados y bien pueden cubrir necesidades
educativas, de gestión y comunicación hacia las grandes urbes.

Es por ello que se plantea esta solución inalámbrica en la zona de Nanegalito, ya
que su implementación resulta ser más rápida y menos compleja, atendiendo a
localidades de difícil acceso donde no es posible el despliegue de una red
cableada.
RESUMEN
En el presente proyecto de titulación se diseña un Sistema Transmisión Wi-MAX
para proveer servicios de voz y datos con el fin de reemplazar los sistemas
inalámbricos de radio SMD-30, cubriendo 16 poblaciones rurales de la zona de
Nanegalito, pertenecientes a los Sistemas Multiacceso Quito-3 y Quito-4 de
ANDINATEL S.A.

En el capítulo 1 se realiza un estudio de la situación actual de los sistemas
inalámbricos de radio SMD-30 de ALCATEL, pertenecientes a los Sistemas
Multiacceso Quito-3 y Quito-4. Conjuntamente se realiza una descripción de la
tecnología Wi-MAX.

En el capítulo 2 se realiza un estudio de la zona de cobertura, la cual comprende
16 poblaciones de la zona rural de Nanegalito, tomando en cuenta aspectos
técnicos y factores tales como factibilidad de acceso. Se realiza también, una
estimación de la demanda de voz y datos, para así poder dimensionar la
capacidad del sistema a diseñarse.

En el capítulo 3 se realiza el diseño del sistema de transmisión, utilizando enlaces
Wi-MAX punto-multipunto, los cuales permitirán enlazar la señal desde la Estación
Repetidora Castilla, hacia las distintas estaciones del sistema. Además, se
seleccionarán los equipos más convenientes, tomando en cuenta las mejores
características técnicas.

En el capítulo 4 se realiza una estimación de los costos totales para la
implementación del proyecto.

En el capítulo 5 se presentan las conclusiones y recomendaciones del proyecto
realizado.

En los anexos se muestran los tópicos necesarios para entender mejor el
presente proyecto, tales como resultados del estudio de campo, mapas de la zona
de cobertura, perfiles topográficos y hojas de especificaciones de los equipos.

ÍNDICE

ÍNDICE DE FIGURAS.............................................................................................…………… VII
ÍNDICE DE TABLAS.......................................................................................................……… VIII

CAPÍTULO 1

ESTUDIO DE LA SITUACIÓN ACTUAL DE LOS SISTEMAS
INALÁMBRICOS DE RADIO SMD-30 DE LOS SISTEMAS
MULTIACCESO QUITO-3 Y QUITO-4 Y DESCRIPCIÓN DE

LA TECNOLOGÍA Wi-MAX……….…… ……………….……………….…….…………... 1

1.1 INTRODUCCIÓN……………………………………...………………………………. 1
1.2

SISTEMAS MULTIACCESO DIGITAL SMD-30/1,5…… ...………...……………...

3
1.2.1 Generalidades………………………………….…………….…...……..………... 3
1.2.2 Descripción del Sistema SMD-30/1,5…...…….…………….…...……..………... 3
1.2.2.1 Unidad Concentradora e Interfaz (UCI)……………………………….. 3
1.2.2.2 Unidad Radio Base (URB)……………….…………………………….. 4
1.2.2.3 Unidad de Abonados (UAB)…….……….…………………………….. 5
1.2.2.4 Unidad Repetidora (URA)……………….…………………………….. 6
1.2.3 Principio de Funcionamientodel Sistema SMD-30/1,5….….…...……..………... 7
1.3

SITUACIÓN ACTUAL DEL SISTEMA MULTIACCESO DIGITAL
SMD-30/1,5..………..………………………………………………………………...…

7
1.3.1 Sistemas Multiacceso Quito-3 y Quito-4……………..….….…...……..………... 8
1.3.1.1 Descripción………………...…………………………………………... 8
1.3.1.2
Sistema de Transmisión de los Sistemas Multiacceso Quito-3 y
Quito-4………………………………………………………………….

9
1.3.1.2.1 Sistema Multiacceso Quito-3…………………………….... 9
1.3.1.2.2 Sistema Multiacceso Quito-4……………………………… 10
1.3.2 Problemas Presentes del Sistema SMD-30/1,5…………………………………... 10
1.3.2.1 Tecnología de Transmisión…………………………………………….. 10
1.3.2.2 Capacidad…………….......…………………………………...……….. 10
1.3.2.3 Aplicación...………….......…………………………………………….. 11
1.3.2.4 Transmisión de Datos………………………………………………….. 11
1.3.2.5 Gestión……………….......………………………………………….…. 11
1.3.2.6 Equipamiento……….......………………………………………….…... 11
1.3.2.7 Modularidad y Flexibilidad...………...………………………………... 11
1.3.2.8 Actualización…..…….......…………………………………………...... 12
1.3.2.9 Daños Naturales………………………………………………………... 12
1.3.2.10 Costos de Operación y Mantenimiento………………………….……... 12

1.3.3 Indicadores……………………………………………….……………….…….… 12
1.3.3.1 Tamaño y Dimensionamiento de la Red………..………......……..…… 12
1.3.3.2 Calidad de Servicio.………………........……………………….……… 13
1.3.3.3 Tiempo de Espera……………………………...………………….…… 13
1.3.4 Análisis de la Situación Actual del Sistema Multiacceso Quito-3 y Quito-4…….. 14

1.4

DESCRIPCIÓN DE LA TECNOLOGÍA Wi-MAX……….……..……………... ....…

1.4.1

Introducción……………………...………….………………...………………….

14
1.4.2 Estandarización de Wi-MAX…………….…………………….….........……….. 17
1.4.3 IEEE 802.16-2004, Estándar para Redes de Area Local y Metropolitana………. 17
1.4.2.1 Estándar IEEE 802.16e……………….………………..............….…… 18
1.4.4 Características del Estándar IEEE 802.16-2004………………………………….. 20
1.4.4.1 Bandas de Frecuencia de Wi-MAX………....………..……………….. 22
1.4.4.1.1 Bandas con licencia de 10 a 66 GHz…..………………….. 22
1.4.4.1.2 Banda de frecuencia bajo los 11 GHz…………………….. 23
1.4.4.1.3 Bandas de frecuencia exentas de licencia bajo los 11 GHz.. 23
1.4.4.2 Modelo de Referencia del Estándar IEEE 802.16-2004……...…..……. 24
1.4.4.3 Capa MAC…………………………………………………………….. 24
1.4.4.3.1 Subcapa de Convergencia de Servicios Específicos (CS)…. 25
1.4.4.3.1.1 ATM CS……………………………………... 25
� Formato del PDU………………………. 26
� Clasificación……………………………. 26
� PHS…………………………………….. 26
1.4.4.3.1.2 PACKET CS………………………………… 28
� Formato MAC SDU……………………. 28
1.4.4.3.2 Subcapa de Parte Común MAC (MAC CPS)….………….. 29
1.4.4.3.2.1 Punto-Multipunto……………………………. 29
1.4.4.3.2.2 Tipo Malla (Mesh)…………………………... 31
� Formato del PDU de la MAC………….. 31
� Formato de Cabecera de la MAC……… 32
� Mensajes de Administración de la MAC. 33
� Transmisión de las PDU de la MAC…... 34
1.4.4.3.3 Subcapa de Seguridad.…………………….………………. 35
� Arquitectura………………………………………….. 36
� Encriptado de Paquetes de Datos…………………….. 36
� Protocolo de Administración de Claves (PKM)……... 36
1.4.4.4 Capa Física (PHY)…………………………………………………….. 37
1.4.4.4.1 WirelessMAN-SC PHY…………………………………… 38
1.4.4.4.2 WirelessMAN-SCa………………………………………… 39
1.4.4.4.3 WirelessMAN-OFDM……..……………………………… 40
1.4.4.4.4 WirelessMAN-OFDMA…………………………………… 40
1.4.4.4.5 Tecnología OFDM………………………………………… 41
� Espectro de OFDM…………………….. 42

� Subcanalización………………………… 43
1.4.4.4.6 Tecnología OFDMA.……………………………………… 44
1.4.4.4.7 Modulación Adaptativa….………………………………… 45
1.4.4.4.8 Propagación NLOS………………..……………..………… 45
� Antenas Direccionales………………….. 46
� Técnicas de Corrección de Errores……… 47
� Control de Potencia……………………… 48
1.4.5 Calidad de Servicio (QoS)….…………………………………………..…………. 48
1.4.6 Aplicaciones de Wi-MAX……………………………………………..…………. 50
1.4.7 Aspectos Regulatorios…………………………………………………………….. 51
1.4.7.1 Normas para el uso eficiente del espectro radioeléctrico………………... 52

1.4.7.2 Norma para la implementación y Operación de Sistemas de Modulación
Digital de Banda Ancha………………………………………………….

Referencias Bibliográficas – Capítulo 1…………………………………………………...

CAPÍTULO 2

ESTUDIO DE LA ZONA DE COBERTURA
DE NANEGALITO…………………………………………………………………………….

2.1

DESCRIPCIÓN DE LA ZONA NOROCCIDENTAL DEL
DISTRITO METROPOLITANO DE QUITO (DMQ)…………………….………… 60

2.1.1

Generalidades………………………………………………………..…………....

60
2.1.2 Límites……………………………………...………………..…………………… 60
2.1.3 División Política del Distrito Metropolitano de Quito…………………………... 61
2.1.3.1 Parroquias Rurales de la Zona de Estudio……………………………… 62
2.1.3.1.1 Nanegalito…………………………..…………………….. 62
2.1.3.1.2 Nanegal…………………………………………………….. 63
2.1.3.1.3 Gualea…..………………….………………………………. 64
2.1.3.1.4 Pacto…….…………………………………………………. 64
2.1.4 Población y Vivienda….……………………………………….………………… 65
2.1.5 Sistema Vial……………………………………………………….……………... 67
2.1.5.1 Generalidades…………………………………………………………... 67
2.1.5.2 Transporte……………………………………………………………… 67
2.1.5.3 Tráfico en la zona………………………………………………………. 68
2.1.6 Clima……………………………………………………………………………... 68
2.1.6.1 Consideraciones………………………………………………………… 68
2.1.6.2 Temperatura……………………………………………………………. 68

2.2

ESTUDIO DE CAMPO………………….………………..………………..…………...

2.3.1

Planificación del Estudio de Campo..……..………………..………….…………

2.3.2 Resultados del Estudio de Campo...…………….......……..………..…………… 70

2.3

ESTIMACIÓN DE LA DEMANDA DE VOZ Y DATOS………………………….. ...

2.3.1

Demanda………………………….………….……...……………….…………..

73
2.3.2 Previsión de la Demanda……...….………….……...……………….…………… 75
2.4

REQUERIMIENTOS DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN
A IMPLEMENTAR…...………………………………………………………………...

Referencias Bibliográficas – Capítulo 2..............................................................................

CAPÍTULO 3

DISEÑO DE LA RED DE ACCESO…………………..………………………..………….... 81

3.1

FUNDAMENTOS DE RADIOENLACES...…………………………………………...

3.1.1

Transmisión por Microondas.……………………………………….…………...

81
3.1.2 Perfil Topográfico…..…………………………………………….….…………... 83
3.1.3 Zonas de Fresnel………..…………………………………………...…………... 84
3.1.3 1 Primera Zona de Fresnel……………………...……………………...… 85
3.1.4 Cálculo del Desempeño del Radioenlace…………………………...………….… 87
3.1.4.1 Potencia Nominal del Receptor………………………………………… 87
3.1.4.2 Pérdidas por Espacio Libre.…...………………..……………………… 88
3.1.4.3 Pérdidas en la Guía de la Onda.…………………………...…………… 89
3.1.4.4 Pérdidas de Branching………..………………………………………… 90
3.1.4.5 Umbral del Receptor……..…...…………………………...…………… 90
3.1.4.6 Margen de Desvanecimiento (FM)..…………………………………… 90
3.1.4.7 Disponibilidad y Confiabilidad del Sistema (R)..……………………… 92

3.2

DISEÑO DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN Wi-MAX.………………………… ...

3.2.1

Red de Transporte……….…………………………………………..……………

94
3.2.2 Red de Acceso………..…………………………………………………………... 96
3.2.2.1 Ubicación geográfica de los puntos a enlazar…………………………. 96
3.2.3 Cálculo de los enlaces del sistema..……………………………………………… 100
3.2.3.1 Banda de Frecuencia…………………………………………………… 100
3.2.3.2 Representación del Perfil Topográfico….……………………………... 101
3.2.3.3 Cálculo de la Primera Zona de Fresnel……………….………………… 102
3.2.3.4 Requerimientos del Sistema de Transmisión…………………………… 104
3.2.3.4.1 Determinación de los Parámetros de los Equipos…………… 104
3.2.3.4.2 Opciones de Equipos………………………………………… 107

• Equipos Airspan…………………………………………. 107
� Estación Base HiperMAX…………………………… 108
� Estación Base MacroMAX…..……………………… 110
� CPE EasyST…………………………………………. 112
� CPE ProST..……..………………………………...… 113
• Equipos Alvarion………………………………………... 118
� MacroBreezeMAX………………………………….. 119
� BreezeMAX PRO..…………………………..……… 121
Comparación entre las dos Opciones de Equipos….………… 126
• Carrier Ethernet IP DSLAMs………………………….… 128
• Huawei IP DSLAMs…………………………………….. 130
• Equipos de Radio Microonda……………………………. 132
� SRAL XD……………………………………………. 132
3.2.3.4.3 Cálculo de la Confiabilidad y Disponibilidad de los Enlaces.. 136

Referencias Bibliográficas – Capítulo 3..............................................................................

138

CAPÍTULO 4

ESTIMACIÓN DE COSTOS DE LOS EQUIPOS.…..………………….……..…………....

141

4.1 INTRODUCCIÓN………………..………………………………………….…………... 141

4.2

COSTOS DE LOS EQUIPOS A UTILIZARSE……………….…………..…………...

143

4.2.1

Costos de los Enlaces de Radio Microonda……………………………………….

143
4.2.2
Costos para la Implementación de los Radioenlaces con equipos AS.MAX de
Airspan……………………….………………………………………….………...

144
4.2.3
Costos para la Implementación de los Radioenlaces con equipos BreezeMAX de
Alvarion…...………………….………………………………………….………...

145
4.2.4 Costos de los Armarios Digitales de Nueva Generación (ADNGs)………………. 147
4.2.5 Costos de Ingeniería………………………………………………………………. 148
4.2.6 Costos de Operación y Mantenimiento……………..…………………………….. 149
4.2.7 Costos Totales para la Implementación del Proyecto…………………………….. 150

4.3

EVALUACIÓN DEL PROYECTO………………………………………...…………...

151

4.3.1

Tarifas y Planes de Comercialización del Sistema de Transmisión Wi-MAX…....

151
4.3.1.1 Plan con Factor de Sobresuscripción 1:1……………………………….. 151
4.3.1.2 Plan con Factor de Sobresuscripción 8:1……………………………….. 152
4.3.1.3 Servicio de Telefonía…………………………………………………… 153
4.3.2 Viabilidad del Proyecto…………………………………………………………… 154
4.3.2.1 Flujo de Caja……………………………………………………………. 154

4.3.2.2 Valor Actual Neto (VAN)……………………………………………… 156
4.3.2.3 Tasa Interna de Retorno (TIR)….……………………………………… 157
4.3.2.4 Periodo de Recuperación de la Inversión………………………………. 158
4.3.2.5 Relación Costo-Beneficio………………………………………………. 159

Referencias Bibliográficas – Capítulo 4..............................................................................

161

CAPÍTULO 5

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES……………………………………………....

163

5.1. CONCLUSIONES................................................................................................................

163

5.2. RECOMENDACIONES......................................................................................................

167

GLOSARIO ……..........................................................................................................................

170

BIBLIOGRAFIA .........................................................................................................................

174

ANEXOS

ÍNDICE DE FIGURAS

Capítulo 1

Figura 1.1 Configuración Básica del Sistema SMD-30/1,5……..…………..………………….. 6
Figura 1.2 Sistema de Transmisión del Sistema Multiacceso Quito-3...…………….………..... 9
Figura 1.3 Sistema de Transmisión del Sistema Multiacceso Quito-4...…………….………..... 10
Figura 1.4 Topología Wi-MAX – Acceso inalámbrico fijo……………...………………...…… 18
Figura 1.5 Modelo de Uso Portátil – Wi-MAX Móvil ……...………………………………..... 19
Figura 1.6 Modelo de Referencia del Estándar IEEE 802.16-2004………….………………..... 24
Figura 1.7 Formato del PDU de ATM CS….…………..…………..………………………...… 26
Figura 1.8 Formato del PDU CS de una conexión ATM de conmutación VP……………...….. 27
Figura 1.9 Formato del PDU CS de una conexión ATM de conmutación VC…….………..….. 27
Figura 1.10 Formato del MAC SDU……………………………...……………………………… 29
Figura 1.11 Enlace de Bajada (Downlink) Tipo Punto-Multipunto……………………………… 30
Figura 1.12 Formato del PDU de la MAC……………..…………..…………………………….. 32
Figura 1.13 Formato de la Cabecera Genérica MAC………..……………………………..……. 32
Figura 1.14 Formato de la Cabecera de Requerimiento de Ancho de Banda de la MAC……….. 33
Figura 1.15 Formato de un Mensaje de Administración de la MAC…………………………….. 33
Figura 1.16 Transmisión de las PDU de la MAC………………….…………………………….. 34
Figura 1.17 Secuencia de las ráfagas……………………………….……………………...…….. 37
Figura 1.18 Espectro de portadoras en Modulación OFDM vs. Modulación
Convencional…………………………………………………………………...…… 42
Figura 1.19 Espectro de la señal OFDM……………………….………………………………… 42
Figura 1.20 Subcanalización – Ancho de Banda para varios usuarios...…………………...……. 43
Figura 1.21 Descripción de Frecuencia OFDMA……..………..…………..……………………. 44
Figura 1.22 Modulación Adaptativa……………………………………………………...…….... 45
Figura 1.23 Enlace NLOS – Altura de las antenas………………………………………...…….. 46
Figura 1.24 Aplicaciones de Wi-MAX…………………………………………………………... 51

Capítulo 2

Figura 2.1 Ubicación del Distrito Metropolitano de Quito en la Provincia de Pichincha…….... 60
Figura 2.2 División Política del Distrito Metropolitano de Quito………………………..….…. 61
Figura 2.3 Evolución de la Población Urbana y Rural del DMQ….……………..………….…. 65
Figura 2.4 Proyección de la Penetración de Banda Ancha en Ecuador……………………...…. 72

Capítulo 3

Figura 3.1 Enlace Típico de Microondas.……….……….……….……………..…………….... 81
Figura 3.2 Separación máxima de las Torres en un Enlace por Microondas…………………… 82
Figura 3.3 Perfil Topográfico del Terreno……….…….……….……….…………………….... 83

Figura 3.4 Zonas de Fresnel…………………………………………………………………….. 85
Figura 3.5 Primera Zona de Fresnel………………..….………………………………………... 86
Figura 3.6 Diagrama de Niveles de Potencia……..……….……….…………………………… 87
Figura 3.7 Diagrama de la Red de Transporte: Estación Terrena – Rep. Castilla……………… 95
Figura 3.8 Diagrama de la Red de Acceso: Enlaces Punto-Multipunto..………………………. 97
Figura 3.9 Bandas de Frecuencias correspondientes a WLL...….………..…………….............. 100
Figura 3.10 Perfil Topográfico: Enlace Castilla – Armenia.…….………..……………………... 101
Figura 3.11 Despeje de la Primera Zona de Fresnel: Enlace Castilla – Armenia...……………… 103
Figura 3.12 Estación Base HiperMAX……………..….……….………..………………………. 108
Figura 3.13 Arquitectura del Sistema HiperMAX………..……….……….……………………. 109
Figura 3.14 Estación Base MacroMAX………………….……….……….…………………….. 110
Figura 3.15 CPE EasyST…………………………...….……….……….……………….............. 112
Figura 3.16 CPE ProST………………………………...……….……….………………………. 113
Figura 3.17 CPE ProST con antena integrada y sin ella…………………………………………. 114
Figura 3.18 Adaptador de Datos de Suscriptor…….…….……….……….…………….............. 115
Figura 3.19 Sistema de Transmisión Wi-MAX utilizando equipos Airspan…………………….. 117
Figura 3.20 Estación Base Macro BreezeMAX de Alvarion……....……….……………………. 120
Figura 3.21 CPE BreezeMAX PRO ODU………..…….……….……….………………………. 122
Figura 3.22 BreezeMAX Si………………………….…………………………………………… 123
Figura 3.23 Sistema de Transmisión Wi-MAX utilizando equipos BreezeMAX de Alvarion….. 125
Figura 3.24 Multiservicios de un IP DSLAM de Siemens……………….………………………. 128
Figura 3.25 SURPASS hiX 5625………………………………………………………………… 128
Figura 3.26 IP DSLAM SmartAX MA5300................................................................................... 130
Figura 3.27 Equipo de Radio Microonda SRAL XD…………………………………………….. 132

Capítulo 4

Figura 4.1 Costos estimados de los CPEs………………....……….…………………………… 142

ÍNDICE DE TABLAS

Capítulo 1

Tabla 1.1 Sistemas Multiacceso Quito-3 y Quito-4……..……..…………..………….............. 8
Tabla 1.2 Indicadores del Sistema Multiacceso Quito-3 y Quito-4 – Capacidad de la Red…… 12
Tabla 1.3 Indicadores del Sistema Multiacceso Quito-3 y Quito-4 – Calidad de Servicio……. 13
Tabla 1.4 Indicadores del Sistema Multiacceso Quito-3 y Quito-4 – Tiempo de Espera……… 13
Tabla 1.5 Diferencias Principales entre los Estándares Fijo y Móvil de Wi-MAX…..………... 20
Tabla 1.6 Bandas de frecuencia asignadas para acceso fijo inalámbrico………………………. 53
Tabla1.7 Bandas de frecuencia para sistemas de modulación de banda ancha………………... 54
Tabla 1.8 Características técnicas de los Sistemas de Modulación Digital de Banda Ancha….. 55

Capítulo 2

Tabla 2.1 Número de Habitantes y Viviendas según el Censo del 2001………………………. 66
Tabla 2.2 Estimación de la Demanda Actual de Voz y Datos por Localidades……….............. 74
Tabla 2.3 Proyección del Número de Habitantes y Viviendas para el 10mo año………………. 76
Tabla 2.4 Proyección de la Demanda de Voz y Datos por Localidades para el año 10…........... 78

Capítulo 3

Tabla 3.1 Valores Típicos de los Factores A y B………………………………………………. 92
Tabla 3.2 Ubicación Geográfica de los Puntos a Enlazar……………………………………… 98
Tabla 3.3 Altura de las antenas y distancias de los enlaces……………………………………. 99
Tabla 3.4 Resultados de los requerimientos mínimos de los equipos………………………….. 106
Tabla 3.5 Características técnicas de la Estación Base HiperMAX……………………………. 110
Tabla 3.6 Características técnicas de la Estación Base MacroMAX…………………………... 111
Tabla 3.7 Características técnicas del CPE EasyST……………………………………………. 113
Tabla 3.8 Características técnicas del CPE ProST……………………………………………... 116
Tabla 3.9 Características técnicas de la Estación Base Macro BreezeMAX…………………... 120
Tabla 3.10 Características técnicas del CPE BreezeMAX PRO ODU………………………….. 122
Tabla 3.11 Características técnicas del CPE BreezeMAX Si…………………………………… 123
Tabla 3.12 Características principales de las opciones de equipos Wi-MAX…………………... 126
Tabla 3.13 Características técnicas del SURPASS hiX 5625…………………………………… 129
Tabla 3.14 Características técnicas del IP DSLAM SmartAX 5300…………………………….. 131
Tabla 3.15 Características técnicas del Equipo de Radio Microonda SRAL XD……………….. 133
Tabla 3.16 Resumen de Requerimientos del Sist. de Transmisión Wi-MAX por Poblaciones..... 135
Tabla 3.17 Valores Seleccionados de los Factores A y B……………………………………….. 136

Capítulo 4

Tabla 4.1 Costo de los enlaces inalámbricos de radio………………………………………….. 143
Tabla 4.2 Costo de la implementación de los radioenlaces con equipos AS.MAX de Airspan... 145
Tabla 4.3
Costo de la implementación de los radioenlaces con equipos BreezeMAX de
Alvarion………………………………………………………………………………

146
Tabla 4.4 Cuadro Comparativo de equipos Wi-MAX, de acuerdo a la Estimación de costos…. 146
Tabla 4.5 Costo de los Armarios Digitales (ADNGs) de Siemens…………………………….. 147
Tabla 4.6 Costo de los Armarios Digitales (ADNGs) de Huawei……………………………… 148
Tabla 4.7 Costos de Ingeniería…………………………………………………………………. 149
Tabla 4.8 Costos Anuales de Operación y Mantenimiento del Sist. de Transmisión Wi-MAX.. 150
Tabla 4.9 Costos Totales para la Implementación del Sistema de Transmisión Wi-MAX……. 150
Tabla 4.10 Tarifas del Sistema de Transmisión Wi-MAX. Factor 1:1……………………….…. 152
Tabla 4.11 Tarifas del Sistema de Transmisión Wi-MAX. Factor 8:1…………………….……. 152
Tabla 4.12 Cálculo del Flujo de Caja……………………………………………………………. 155

CAPÍTULO 1

CAPÍTULO 1 ESTUDIO DE LA SITUACIÓN ACTUAL DE
LOS SISTEMAS INALÁMBRICOS DE RADIO
SMD-30 DE LOS SISTEMAS MULTIACCESO
QUITO-3 Y QUITO-4 Y DESCRIPCIÓN DE LA
TECNOLOGÍA Wi-MAX.

1.1 INTRODUCCIÓN

Actualmente, el desarrollo de los servicios de telecomunicaciones, hace posible
que nuevas tecnologías sean adaptadas como alternativas válidas para sistemas
de comunicaciones. La apertura del mercado de telecomunicaciones provoca que
las inversiones de las empresas se concentren en las grandes áreas urbanas,
dejando desatendidas las áreas rurales. Es por ello que, empresas como
ANDINATEL S.A. están buscando la mejor calidad en equipos y nueva tecnología
con la finalidad de garantizar a sus abonados un acceso eficiente, rápido y seguro
a diferencia que el actual sistema.

En este sentido, la tecnología de multiacceso digital con la que actualmente
cuenta la zona Noroccidental del Distrito Metropolitano de Quito, presenta
muchos inconvenientes, tal que opera con una limitada capacidad de transmisión,
un limitado número de abonados por sistema, únicamente permite dar servicios
de voz, no permite la actualización del sistema y el costo en operación,
mantenimiento y repuestos es muy elevado.

A pesar de los avances tecnológicos logrados en nuestro país, aún existe una
gran brecha digital con relación a otros países y en especial entre el sector urbano
y rural. Por esta razón se han identificado las grandes falencias o barreras de
acceso que impiden el desarrollo de la sociedad de la información.

Uno de los aspectos importantes a ser tomado en cuenta, constituye el hecho de
que las aplicaciones (transmisión de voz y datos) que se realizan sobre Internet,
demandan que cada vez el usuario se conecte a mayores velocidades, en este
sentido tiene mayor aceptación la idea de contratar servicios de banda ancha en
lugar de la marcación por línea telefónica (“dial up”), puesto que ofrece mayor
ancho de banda permitiendo mejor comunicación que por medio de la línea
telefónica y a mejores precios comparativos.

Dentro de este contexto puede afirmarse que el ancho de banda que se requiere
ahora para conectarse a Internet es mucho mayor, como un efecto de la
migración de los usuarios de “dial up” a tecnologías de banda ancha y la
introducción de nuevas tecnologías como Wi-MAX.

Es por ello, que resulta indispensable reemplazar el actual Sistema de
Multiacceso Digital SMD-30, perteneciente a los Sistemas Quito-3 y Quito-4 por el
Sistema de transmisión Wi-MAX, aprovechando los beneficios que éste presenta.
El incremento de la capacidad de la red, permitirá cubrir la demanda actual y
futura de tráfico, para brindar servicios de voz y datos de banda ancha. Además,
permitirá habilitar nuevas rutas de protección para mejorar la calidad de los
servicios y reducir los gastos de operación.

Actualmente, Wi-MAX es considerada como una tecnología experimentada, capaz
de cumplir las expectativas de la industria de telecomunicaciones. Wi-MAX es una
arquitectura que ofrece capacidades excelentes como acceso de banda ancha,
movilidad, y la sofisticada entrega del servicio, gracias a la tecnología IP que
utiliza en el núcleo de la red [1].

1.2 SISTEMAS MULTIACCESO DIGITAL SMD-30/1,5 [2]

1.2.1 GENERALIDADES

El sistema SMD-30/1,5 es un sistema de comunicaciones digital por radio, de tipo
punto a multipunto, que emplea la técnica de acceso múltiple por división de
tiempo lo que permite utilizar de una manera óptima la banda de frecuencias a la
que funciona el sistema.

Su ámbito de aplicación es el suministro de servicios de telefonía desde una
central telefónica hacia pequeñas concentraciones de abonados distantes,
distribuidos sobre grandes áreas rurales o suburbanas.

El sistema tiene una capacidad de 30 canales telefónicos simultáneos de 64 Kbps
utilizando otros dos intervalos de canal de 64 Kbps para la señalización, la
supervisión y el control.

Puede dar un servicio de dimensionamiento típico de hasta a 256 abonados.

1.2.2 DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA SMD-30/1,5

El Sistema Multiacceso Digital SMD-30/1,5 en su configuración, se compone de
siguientes elementos:

1.2.2.1 Unidad Concentradora e Interfaz (UCI)

Esta unidad es la encargada de la concentración de los 256 abonados del sistema
a los 30 canales de radio que son compartidos por ellos, así como del control y
gestión del sistema.

Existe una UCI por sistema que se conecta a la central telefónica a nivel de línea
de abonado o mediante un enlace de 2 Mbps, es decir, actúa como el interfaz con
la central de conmutación.

Entre las funciones que realiza la UCI, se pueden destacar las siguientes:

• Control y gobierno del sistema.
• Asignación de canales de radio.
• Supervisión de las comunicaciones telefónicas.
• Operación y mantenimiento del sistema.
• Conversiónde señalización.
• Multiplexación y Demultiplexación.
• Enlace con la URB

1.2.2.2 Unidad Radio Base (URB)

La URB proporciona el enlace radioeléctrico con las unidades repetidoras (URAs)
y las unidades de abonado (UABs) del sistema. Posee la capacidad de permitir la
operación y mantenimiento completo del sistema desde un Terminal conectado
vía módem.

La comunicación de la URB con la UCI se realiza mediante un enlace punto a
punto mientras que el enlace de radio en la dirección URB a URAs y UABs usa la
técnica TDM y en la dirección opuesta se utiliza la técnica TDMA.

La banda de frecuencia utilizada por la URB es de 1427 MHz a 1535 MHz,
proporcionando una potencia de salida mayor a 27 dBm.

Las funciones principales de la URB son:

• Formación y tratamiento de tramas TDM y TDMA.

• Operación y mantenimiento local o del sistema mediante el modo terminal
virtual.

• Gestión de la señalización en los canales 0 y 16 para el control y supervisión
de la comunicación con las UABs, respectivamente.

1.2.2.3 Unidad de Abonados (UAB)

La UAB es un equipo terminal del sistema SMD-30/1,5 que se encarga de la
concentración de sus abonados a los 30 canales de radio que son compartidos
por el sistema.

Mediante diálogo con la UCI y bajo su supervisión realiza las funciones locales del
establecimiento y supervisión de las comunicaciones. Concretamente, realiza las
siguientes funciones.

• Interfaz de línea de abonado.
• Concentración/expansión entre abonados y canales.
• Formación de tramas TDMA y recepción de tramas TDM.

• En diálogo con la UCI, control de sus abonados, realizando las funciones
telefónicas propias (análisis de cifras, supervisión local de la llamada, envío de
cómputo al abonado, interconexión de llamadas locales, etc.).

• Funciones de operación y mantenimiento locales o del sistema, bajo el control
de la UCI y la URB.

Según el número de abonados, las UABs pueden tener hasta 16 abonados
(UAB-16) y hasta 64 abonados (UAB-64).
5

1.2.2.4 Unidad Repetidora (URA)

Esta unidad efectúa una función regenerativa, aumentando la cobertura
radioeléctrica del sistema. Puede tener un máximo de 64 abonados.

Realiza una traslación de frecuencias radioeléctricas, es decir se comporta como
una UAB en su comunicación con la URB (transmisión TDMA y recepción TDM) y
como una URB en la comunicación con otras UABs o URAs (transmisión TDM y
recepción TDMA).

La potencia de salida de transmisión de una URA varía entre 18 dBm y 27 dBm.

En la Figura 1.1 se muestra un ejemplo de configuración básica del Sistema
SMD-30/1,5.

Figura 1.1 Configuración básica del Sistema SMD-30/1,5
6

1.2.3 PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA SMD-30/1,5

El Sistema de Multiacceso Digital SMD-30/1,5 al ser un sistema de
comunicaciones vía radio tipo punto multipunto, establece enlaces bidireccionales
entre la estación central y los N abonados distribuidos en un área. La estación
central se enlaza con todas las unidades terminales que pertenecen a los
sistemas multiacceso y realiza la interconexión a la central de conmutación.

La información es tratada en todo el sistema de forma enteramente digital. El
sistema utiliza la banda de frecuencia de 1,5 GHz.

En el sistema se ha adoptado una arquitectura de control con inteligencia
distribuida, de modo que cada equipo dispone de un microprocesador principal y
de varios microprocesadores locales que realizan tareas específicas.

Los circuitos asociados a interfaces de abonado están implementados en
módulos, de forma que el crecimiento del sistema a partir de un equipamiento
inicial, es totalmente modular. Para zonas rurales con climas adversos se dispone
de contenedores herméticos para alojar los equipos de abonado.

1.3 SITUACIÓN ACTUAL DEL SISTEMA MULTIACCESO DIGITAL
QUITO-3 Y QUITO-4 [3]

El Sistema Multiacceso Digital SMD-30/1,5 está dotado de amplias posibilidades
de servicio, que en su momento lo hicieron adecuado para aplicaciones de
telefonía rural. Actualmente estos sistemas presentan muchos inconvenientes, tal
que los porcentajes de confiabilidad y disponibilidad son muy bajos.
7

1.3.1 SISTEMAS MULTIACCESO QUITO-3 Y QUITO-4

1.3.1.1 Descripción

Para el estudio del Sistema de Multiacceso Digital, se han tomado en cuenta los
Sistemas Multiacceso Quito-3 y Quito-4, los cuales se encuentran distribuidos en
diferentes poblaciones de las zonas rurales del cantón Quito, al Noroccidente de
Pichincha y tienen su capacidad asignada como se indica a continuación:

SISTEMA

POBLACIONES CAPACIDAD
INSTALADA/OCUPADA

Quito-3

Castilla 8
Ingapi 40
Pacto 56
Palmitopamba 32
El Porvenir 32

Quito-4

Cartagena 16
Armenia 40
Gualea 24
Gualea Cruz 24
Las Tolas 24
San Francisco 8
Santa Elena 48
Tulipe 56

Total 408

Tabla 1.1 Sistemas Multiacceso Quito-3 y Quito-4

Como se muestra en la Tabla 1.1, estas poblaciones no cuentan con un número
de abonados muy alto y toda su capacidad está totalmente ocupada, lo que hace
ideal reemplazar el actual sistema por un nuevo sistema de transmisión.
8

1.3.1.2 Sistema de Transmisión de los Sistemas Multiacceso Quito-3 y Quito-4

Los Sistemas Multiacceso Quito-3 y Quito-4 comprenden el medio de transmisión
desde el inicio de la red de abonado (o planta externa) de cada una de las
poblaciones de los sistemas, hasta la conexión a nivel de 2 Mbps (1E1 por
sistema) con el sistema de Radio PDH PUCSOCOCHA – CERRO BLANCO en la
estación Repetidora Pucsococha.

Las señales transmitidas, luego pasan al Sistema de Radio SDH CERRO
BLANCO - CRUZ LOMA hasta llegar a Quito.

En Quito, las señales E1 transmitidas, se vuelven a interconectar a una Unidad
Concentradora de Interfaz (UCI) la cual es parte del sistema multiacceso, para
finalmente conectarse mediante fibra óptica a la central ubicada en San Rafael.

1.3.1.2.1 Sistema Multiacceso Quito-3

En la Figura 1.2 se muestra la estructura del Sistema Multiacceso Quito-3:

Figura 1.2 Sistema de Transmisión del Sistema Multiacceso Quito-3

1.3.1.2.2 Sistemas Multiacceso Quito-4

En la Figura 1.3 se muestra la estructura del Sistema Multiacceso Quito-4:

Figura 1.3 Sistema de Transmisión del Sistema Multiacceso Quito-4

1.3.2 PROBLEMAS PRESENTES DEL SISTEMA MULTIACCESO QUITO-3 Y
QUITO-4 [4]

1.3.2.1 Tecnología de Transmisión

El sistema de multiplexación TDM/TDMA-PCM a través del cual opera la URB,
únicamente permite una limitada capacidad de transmisión (30 canales telefónicos
de 64Kbps y 2 canales de 64Kbps para sincronismo y señalización.

1.3.2.2 Capacidad

El crecimiento del número de abonados está limitado a 256 por sistema. Cada
unidad UAB permite tener hasta un máximo de 64 abonados.

• UAB-64:hasta 64 abonados
• UAB-16:hasta 16 abonados
10

1.3.2.3 Aplicación

El Sistema Multiacceso Digital SMD-30/1,5 únicamente permite dar servicios de
voz, por lo que su tecnología no le permite ofrecer servicios de VoIP, datos de
banda ancha y mucho menos, transmisión de video.

1.3.2.4 Transmisión de Datos

Las velocidades de transmisión de datos se limitan a la del par de cobre, por las
características del equipo. La configuración de datos se limita a bajas
velocidades, es decir 64 Kbps por usuario.

1.3.2.5 Gestión

La gestión del sistema presenta una limitada capacidad de operación y
mantenimiento mediante un módem, lo cual representa un problema ya que es
dependiente del estado de operación del sistema, es decir, si no hay tono de
marcación en la línea, no es posible la conexión al sistema.

1.3.2.6 Equipamiento

El equipamiento de las partes del sistema, por ejemplo la UCI no tiene
redundanciaen sus módulos, por lo tanto si cualquier parte fundamental de la UCI
falla, se cae todo el sistema.

1.3.2.7 Modularidad y Flexibilidad

No es adaptable a cualquier sistema de conmutación (analógico o digital). Por no
corresponder a un sistema de tecnología IP, no es compatible con la Red de
Nueva Generación (NGN) de ANDINATEL S.A.
11

1.3.2.8 Actualización

El Sistema Multiacceso Digital SMD-30/1,5 no permite su actualización para
mejorar su funcionalidad.

1.3.2.9 Daños Naturales

En el sistema, al producirse descargas eléctricas éstas ocasionan daños en las
tarjetas, aun cuando exista protección del sistema eléctrico.

1.3.2.10 Costos de Operación y Mantenimiento

Uno de los problemas que más ha influido en este sistema, es el alto costo en
operación, mantenimiento y adquisición de repuestos.

1.3.3 INDICADORES

En las Tablas 1.2, 1.3 y 1.4, se resumen los indicadores del sistema para los
meses de Enero, Febrero y Marzo del 2007.

1.3.3.1 Tamaño y Dimensionamiento de la Red

La Tabla 1.2, muestra el tamaño y dimensionamiento del sistema actual.

Enero 2007 Febrero 2007 Marzo 2007 Promedio
a. Número total
Capacidad
Instalada
408

408

408
b. Ocupación de
la red de
abonados [Voz].
100% 100% 100% 100%

Tabla 1.2 Indicadores del Sistema Multiacceso Quito-3 y Quito-4 – Capacidad de la Red

1.3.3.2 Calidad de Servicio

Existen problemas de ruido con la red de cobre, lo cual produce interferencias por
falta de un sistema de supresión de ruido, por lo que la confiabilidad y
disponibilidad del sistema varía tal como se indica en la Tabla 1.3.

Enero 2007 Febrero 2007 Marzo 2007 Promedio
a. Confiabilidad de
los sistemas de la
Red de Transporte
89,54% 90,47% 92,67% 90,893%
b. Disponibilidad
de los sist. de la
Red de Transporte
99,351% 96,862% 98,136% 98,116%
c. Número de
gestiones de
instalación de
líneas
- - - -
d. Número de
gestiones de
mantenimiento
correctivo
[Equipos]
3 4 5 4
e. Índice de fallas
de servicios [Voz]

19,95%

19,53% 17,33% 18,94%
f. Índice de fallas
de servicios [Total]

19,95%

19,53% 17,33% 18,94%

Tabla 1.3 Indicadores del Sistema Multiacceso Quito-3 y Quito-4 – Calidad de Servicio

1.3.3.3 Tiempo de Espera

En la Tabla 1.4, se indican los tiempos de espera para la restauración del sistema.

Enero 2007 Febrero 2007 Marzo 2007 Promedio
a. Tiempo medio de
espera para la
reparación (horas)
24:12:20 21:30:43 19:05:49 21:16:37
b. Horas de
Interrupción
[Sistemas de la Red
de Transporte]
4:40:20 4:35:34 4:01:07 4:25:20

Tabla 1.4 Indicadores del Sistema Multiacceso Quito-3 y Quito-4 – Tiempo de Espera
13

1.3.4 ANÁLISIS DE LA SITUACIÓN ACTUAL DEL SISTEMA MULTIAC CESO
QUITO-3 Y QUITO-4

• Como se puede observar, el porcentaje de Confiabilidad de la Red de
Transporte de los Sistemas Multiacceso Quito-3 y Quito-4 es muy alto,
mientras que el sistema se encuentra disponible la mayoría de tiempo, lo que
no ocurre con la Red de Acceso del Sistema Actual.

• El índice de Fallas es muy elevado: 18,94%, esto quiere decir que de 100
líneas de abonado, aproximadamente 19 tienen problema.

• No existen gestiones de instalación de líneas nuevas porque ya no existe
capacidad el Sistema Multiacceso Digital Quito-3 y Quito-4.

• Los tiempos de espera para la reparación son de aproximadamente un día por
la dificultad de conseguir repuestos cuando existen averías. Esto a su vez
implica un tiempo promedio de interrupción del sistema.

• Es por estas razones, que se ha considerado necesario el reemplazo del
sistema actual, por una nueva tecnología como Wi-MAX, ya que ofrece mayor
desempeño, una arquitectura de red más flexible, costo rentable e
interoperabilidad de equipos, lo que le permite mantener una posición
principal en el mercado.

1.4 DESCRIPCIÓN DE LA TECNOLOGÍA Wi-MAX [5]

1.4.1 INTRODUCCIÓN

La Interoperabilidad Mundial para el Acceso por Microondas o Wi-MAX
(Worldwide Interoperability for Microwave Access), es una tecnología que permite
un acceso de alta velocidad a los servicios de telecomunicaciones.
14

La tecnología Wi-MAX, fue creada para ser utilizada en Redes WMAN (Wireless
Metropolitan Area Network) de banda ancha y se encuentra asociada al estándar
de transmisión inalámbrica de datos IEEE802.16.

El impacto de esta nueva tecnología inalámbrica puede ser extraordinario ya que
contiene una serie de elementos que van a favorecer su expansión: relativo bajo
costo de implantación, gran alcance, disponible con criterios para voz como para
video y tecnología IP extremo a extremo. Además, dependiendo del ancho de
banda del canal utilizado, una estación base puede soportar miles de usuarios,
netamente superior al WLAN.

La tecnología Wi-MAX será la base de las Redes Metropolitanas de acceso a
Internet, servirá de apoyo para facilitar las conexiones en zonas rurales, y se
utilizará en el mundo empresarial para implementar las comunicaciones internas.
Además, su popularización supondrá el despegue definitivo de otras tecnologías,
como VoIP (llamadas de voz sobre el protocolo IP).

Wi-MAX está pensado principalmente como tecnología de “última milla” y se
puede usar para enlaces de acceso, MAN o incluso WAN. Wi-MAX se destaca por
su capacidad como tecnología portadora, sobre la que se puede transportar IP,
TDM, T1/E1, ATM, Frame Relay y voz, lo que la hace perfectamente adecuada
para entornos de grandes redes corporativas de voz y datos, así como para
operadores de telecomunicaciones que se vean obligadas a usar enlaces
inalámbricos como parte de su backbone.

Inicialmente, se podría deducir que esta tecnología supone una grave amenaza
para el negocio de tecnologías inalámbricas de acceso de corto alcance en que
se basan muchas empresas, pero hay entidades muy importantes detrás del
proyecto. Las principales firmas de telefonía móvil también están desarrollando
terminales capaces de conectarse a estas nuevas redes.
15

Wi-MAX proporciona accesos concurrentes en áreas de hasta 50 Km de radio con
LOS (Line of sight) y un tamaño de celda de hasta 8 Km utilizando tecnología que
no requiere línea de vista NLOS (Non line of sight).

Las bondades de la tecnología Wi-MAX se deben a su eficiente utilización del
espectro de frecuencias asignado. Wi-MAX usa una capa física diferente a Wi-Fi y
una capa MAC adaptada a las demandas de las aplicaciones que correrán sobre
ella.

Wi-MAX puede operar en bandas reguladas y no reguladas. Su estándar es lo
suficientemente robusto y flexible para acomodar las exigencias requeridas para
la transmisión de banda ancha inalámbrica de forma óptima. Los precios tan
competitivos que presentará, permitirán su implantación en mercados donde la
banda ancha no ha llegado aún por distintos factores. Asimismo, Wi-MAX
contribuye a hacer posible el ansiado "Internet Móvil".

El estándar IEEE 802.16e (Wi-MAX Móvil) recientemente aprobado, permite
utilizar este sistema de comunicaciones inalámbricas con terminales en
movimiento. Con ello lo que se pretende es tener acceso desde dispositivos
móviles, portátiles, teléfonos, PDAs, etc.

Es por ello que Wi-MAX es esperado por la gran diversidad de actores en el
mundo de las telecomunicaciones, desde las grandes operadoras de móviles y
fijo, los ISPs, y también por el usuario final y muchas pequeñas operadoras
locales.

1.4.2 ESTANDARIZACIÓN DE Wi-MAX [6]

Wi-MAX, cuya versión del estándar 802.16 fue aprobada durante el 2004 por el
Foro Wi-MAX, promete revolucionar el sector de las telecomunicaciones. El
proyecto general de Wi-MAX actualmente incluye al 802.16-2004 y al 802.16e.

El 802.16-2004 utiliza Multiplexación por División de Frecuencia de Vector
Ortogonal (OFDM), para servir a múltiples usuariosen una forma de división
temporal en una especie de técnica circular, pero llevada a cabo extremadamente
rápido de modo que los usuarios tienen la sensación de que siempre están
transmitiendo o recibiendo.

1.4.3 IEEE 802.16-2004, Estándar para Redes de Área Local y Metropolitana [7]

IEEE 802.16-2004 es una tecnología reciente de acceso inalámbrico fijo, creada
para competir con los proveedores de cable de banda ancha o DSL, o para
proveer un acceso básico de voz y banda ancha en áreas donde no existe
ninguna otra tecnología de acceso.

El 802.16-2004 también es una solución viable para el backhaul inalámbrico para
puntos de acceso Wi-Fi, en particular si se usa el espectro que requiere licencia.
Este estándar especifica el interfaz aire para sistemas de acceso inalámbrico de
banda ancha fijo (BWA) soportando múltiples servicios multimedia.

En general, el CPE (Customer Premises Equipment) consiste de una unidad
exterior y un módem interior, lo que significa que se requiere que un técnico logre
que un abonado residencial o comercial esté conectado a la red. En ciertos casos,
puede usarse una unidad interior autoinstalable, en particular cuando el abonado
está relativamente cerca de la estación base transmisora.

En la Figura 1.4 se muestra la estructura del Estándar IEEE 802.16-2004:

Figura 1.4 Topología Wi-MAX – Acceso inalámbrico fijo

Además, los CPE autoinstalables deberían hacer que el 802.16-2004 fuera
económicamente más viable ya que una gran parte del costo de adquisición del
cliente se reduce en forma drástica. Aunque es técnicamente posible designar
una tarjeta de datos del 802.16-2004.

1.4.3.1 Estándar IEEE 802.16e [8]

IEEE 802.16e está diseñado para ofrecer una característica clave de la que
carece el 802.16-2004: portabilidad y, con el tiempo, movilidad a toda escala. Este
estándar requiere una nueva solución de software, ya que no es compatible con el
anterior 802.16-2004, lo cual no es necesariamente algo bueno para los
operadores que están planeando desplegar el 802.16-2004 y luego ascender al
802.16e.
18

En la Figura 1.5 se muestra la estructura del Estándar IEEE 802.16e:

Figura 1.5 Modelo de Uso Portátil – Wi-MAX Móvil

NLOS

Otra importante diferencia entre los estándares 802.16-2004 y 802.16e es que el
estándar 802.16-2004 está basado, en parte, en una serie de soluciones
inalámbricas fijas comprobadas; por lo tanto, existen grandes probabilidades de
que la tecnología alcance sus metas de rendimiento establecidas.

El estándar 802.16e, por otro lado, trata de incorporar una amplia variedad de
tecnologías propuestas, algunas más comprobadas que las otras. En virtud de
que sólo ha habido una sola justificación modesta de características propuestas,
sobre la base de datos de rendimiento, y la composición final de estas tecnologías
no ha sido determinada por completo, es difícil saber si una característica en
particular mejorará el rendimiento.

La Tabla 1.5, muestra un resumen de las características principales entre los
estándares fijo y móvil de Wi-MAX.

802.16-2004 802.16e
ESPECTRO

< 11 GHz

< 6 GHz
FUNCIONAMIENTO

Sin visión directa
(NLOS)

Sin visión directa
(NLOS)
TASA DE BIT

Hasta 75 Mbps con
canales de 20 MHz

Hasta 15 Mbps con
canales de 5 MHz
MODULACIÓN

OFDM con 256
subportadoras
QPSK, 16QAM,
64QAM

ANCHOS DE BANDA Seleccionables
entre 1,25 y 20 MHz

Seleccionables
entre 3,5 y 10 MHz

RADIO DE CELDA
TÍPICO

5 - 10 km aprox.
(alcance máximo de
unos 50 km)

2 - 5 km aprox.
Tabla 1.5 Diferencias Principales entre los Estándares Fijo y Móvil de Wi-MAX

1.4.4 CARACTERISTICAS DEL ESTÁNDAR IEEE 802.16-2004 [9]

Las características técnicas de la tecnología Wi-MAX están dadas en base a los
estándares de la IEEE que han sido publicados. En general se pueden describir
algunas características importantes de Wi-MAX como velocidad de transmisión,
alcance, rangos de frecuencia, modulación, entre otras.
20

Una de las características más interesantes de la tecnología Wi-MAX, es la
vertiginosa velocidad que posee para la transmisión de datos, ya que puede
lograr una velocidad de transmisión de hasta 70 Mbps en un canal que se
encuentra operando en el rango de frecuencias de 2 a 11 GHz.

Estas velocidades tan elevadas se consiguen gracias a la utilización de la
modulación OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) con 256
subportadoras y OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) con
2048 subportadoras, la cual puede ser implementada según cada operador.

Wi-MAX puede soportar varios cientos de usuarios por canal, con un gran ancho
de banda y es adecuada tanto para tráfico continuo como a ráfagas, siendo
independiente del protocolo.

Otras características de Wi-MAX, es que posee una capa física OFDM la cual
puede ser empleadas en TV digital, sobre cable o satélite, duplexación TDD y
FDD, un protocolo inteligente MAC y la posibilidad de ofrecer Calidad de
Servicio (QoS), por lo cual resulta adecuado para voz sobre IP (VoIP), datos y
video.

Una capacidad única de la tecnología Wi-MAX es su aceptación a nivel global.
La tecnología puede funcionar en las bandas con licencia 3.5 GHz y 2.5 GHz así
como en la banda sin licencia 5.8 GHz. Otras bandas estarán incluidas según la
demanda y regulación en las diferentes regiones alrededor del mundo.

Incluye mecanismos de Modulación Adaptativa, mediante los cuales la estación
base y el equipo de usuario se conectan utilizando la mejor de las modulaciones
posibles, en función de las características del radioenlace.
21

También soporta las llamadas antenas inteligentes, propias de las redes
celulares, lo cual mejora la eficiencia espectral. Además se contempla la
posibilidad de formar redes en malla (mesh networks), para que los distintos
usuarios se puedan comunicar entres sí, sin necesidad de tener línea de vista
entre ellos.

Una de las principales limitaciones en los enlaces a larga distancia vía radio es
la restricción de potencia, para prever interferencias con otros sistemas, y el alto
consumo de batería que se requiere.

Sin embargo, los más recientes avances en los procesadores digitales de señal
hacen que señales muy débiles puedan ser interpretadas sin errores, un hecho
del que se aprovecha Wi-MAX. Con los avances que se logren en el diseño de
baterías podrá haber terminales móviles Wi-MAX.

En cuanto al nivel de seguridad, Wi-MAX tiene medidas de autentificación de
usuarios y la encriptación de datos mediante los algoritmos Triple DES y AES.

1.4.4.1 Bandas de Frecuencia de Wi-MAX [10]

Las aplicaciones dependen del espectro a ser utilizado. Las bandas de interés
más importantes son las siguientes:

1.4.4.1.1 Bandas con licencia de 10 a 66 GHz

Las bandas de 10 a 66 GHz proporcionan un ambiente físico donde, debido a sus
pequeñas longitudes de onda, la línea de vista (LOS) es requerida y la
multitrayectoria es despreciable. En la banda de 10 a 66 GHz, los anchos de
banda del canal típicos son de 25 MHz o 28 MHz.
22

Con velocidades de transmisión sobre los 120 Mbps, este ambiente se ajusta al
acceso punto multipunto (PMP), sirviendo para aplicaciones que van desde
pequeñas oficinas u oficinas en el hogar (SOHO), hasta aplicaciones en medianas
o grandes empresas.

1.4.4.1.2 Banda de Frecuencia bajo los 11 GHz

Las frecuencias bajo los 11GHz proveen un ambiente físico donde, la línea de
vista no es necesaria y la multitrayectoria puede ser significante. La habilidad de
soportar línea de vista cercana (near-LOS) y NLOS requiere funcionalidades
adicionales en la capa física, como soporte para técnicasde administración de
potencia avanzadas, coexistencia y atenuación de interferencia y múltiples
antenas.

Adicionalmente, se añaden características a la capa MAC tales como topología en
malla (mesh topology) y ARQ (Automatic Repeat Request).

1.4.4.1.3 Bandas de Frecuencias exentas de licencia bajo los 11 GHz (5-6 GHz más
importantes)

El ambiente físico para las bandas exentas de licencia bajo los 11GHz es similar a
las bandas que cuentan con licencia ya que se encuentran en el mismo rango de
frecuencia. Sin embargo, las bandas exentas de licencia introducen problemas de
interferencia adicional y coexistencia de equipos, donde se limita la potencia
radiada permitida.

Adicionalmente a las características descritas para las bandas de frecuencias bajo
los 11GHz, la capa física (PHY) y la MAC, introducen mecanismos tales como
DFS para detectar y evitar interferencia.
23

1.4.4.2 Modelo de Referencia del Estándar IEEE 802.16-2004 [11]

En el Estándar IEEE 802.16-2004, el modelo de referencia está formado por dos
planos: el Plano de Administración y el Plano de Control y Datos. En la Figura 1.6,
se muestra la estructura del Modelo de Referencia del Estándar 802.16-2004.

Figura 1.6 Modelo de Referencia del Estándar IEEE 802.16-2004

1.4.4.3 Capa MAC

La capa MAC comprende tres subcapas. La subcapa de convergencia de
servicios específicos (CS), la Subcapa de Parte Común MAC (MAC CPS) y la
subcapa de seguridad, la cual proporciona autenticación, intercambio de claves
de seguridad, y encripción.

1.4.4.3.1 Subcapa de Convergencia de Servicios Específicos (CS)

La subcapa de convergencia de servicios específicos (CS), provee transformación
de datos de redes externas recibidas a través de un CS SAP (punto de acceso a
servicios CS) en SDU MAC que son recibidos por la subcapa de Parte Común
(CPS) a través de los MAC SAP.

La subcapa de convergencia (CS), desempeña las siguientes funciones:

• Acepta las unidades de datos de protocolo (PDUs) de las capas superiores.
• Realiza la clasificación de los PDUs de las capas superiores.
• Procesamiento (si se requiere) de los PDUs de las capas superiores, basado
en la clasificación.
• Entrega los CS PDUs al MAC SAP apropiado.
• Recibe los CS PDUs desde la entidad par.

Actualmente, son proporcionadas dos especificaciones CS:

• El ATM CS (Asynchronous Transfer Mode CS).
• El Packet CS.

1.4.4.3.1.1 ATM CS

La Subcapa de Convergencia para el modo de transferencia asincrónico (ATM
CS), es un interfaz lógico que asocia los diferentes servicios ATM con el MAC
CPS SAP. La ATM CS acepta celdas ATM de la capa ATM, realiza la clasificación
y entrega los CS PDUs al MAC SAP apropiado.

� Formato del PDU [12]

El PDU de ATM CS consta de una cabecera y carga útil similar a la carga útil de
la celda ATM tal como se muestra en la Figura 1.7:

Figura 1.7 Formato del PDU de ATM CS

� Clasificación

Una conexión ATM, se identifica únicamente por un par de valores: VPI (Virtual
Path Identifier - Identificador de Camino Virtual) y VCI (Virtual Channel Identifier -
Identificador de Canal Virtual). Ésta conexión puede ser un Camino Virtual
Conmutado (VP-Switched) o un Canal Virtual Conmutado (VC-Switched). En el
modo VP conmutado, todos los VCIs dentro de un único VPI entrante, son
enrutados automáticamente al de un VPI saliente.

En el modo VC conmutado, los valores VPI/VCI entrantes se enrutan
individualmente a valores de VPI/VCI salientes. De esta manera cuando se
ejecuta el PHS, la ATM CS diferencia el tipo de conexión y realiza la supresión
respectiva.

� PHS (Payload Header Suppression)

El proceso de supresión consiste en que la porción repetitiva de las cabeceras de
datos son suprimidas al ser enviadas y restauradas al ser recibidas. Para obtener
un gran ahorro de ancho de banda, varias celdas ATM que comparten el mismo
CID pueden ser empaquetadas y transportadas por un solo PDU de CPS.
26

La Figura 1.8 muestra un PDU CS que contiene un solo camino virtual conmutado
(VP-Switched) de una celda ATM con la cabecera suprimida y el formato del PDU
de ATM CS, para conexiones ATM de conmutación VP.

Figura 1.8 Formato del PDU CS de una conexión ATM de conmutación VP

También podemos tener un PDU CS que contiene un camino virtual conmutado
(VC-Switched) de una celda ATM con la cabecera suprimida y el formato de la
cabecera del PDU CS ATM, para conexiones ATM de conmutación VC tal como
se muestra en la Figura 1.9:

Figura 1.9 Formato del PDU CS de una conexión ATM de conmutación VC

1.4.4.3.1.2 PACKET CS [13]

El Paquete CS realiza varias funciones, utilizando los servicios de la Capa MAC
tal como se describe a continuación:

• Clasificación de los PDU de los protocolos de capa superior en la conexión
apropiada.

• Supresión de la información de la cabecera de carga útil (si se requiere).

• Entrega de los PDU CS resultantes al MAC SAP, asociados con el servicio de
flujo correspondiente para transportarlo al MAC SAP par del otro extremo.

• Recibo del PDU CS del SAP MAC par.

• Reconstrucción de cualquier información suprimida en la cabecera de carga
útil (si es necesario).

La capa MAC es responsable de la entrega del MAC SDU al MAC SAP par del
otro extremo de acuerdo con la Calidad de Servicio (QoS), fragmentación,
concatenación y otras funciones de transporte asociadas con una conexión
particular de las características de flujo de servicio.

El Paquete CS se usa para soportar todos los protocolos basados en la
transmisión de paquetes tales como el Protocolo Internet (IP), Protocolo Punto a
Punto (PPP) y el estándar IEEE 802.3 (Ethernet).

� Formato MAC SDU

Una vez clasificados y asociados a una conexión específica MAC, los PDUs de
capas superiores deben ser encapsuladas en el formato MAC SDU como se
muestra en la Fig. 1.10. El campo PHSI (Payload Header Suppression Index) de 8
bits debe estar presente si se ha definido PHS en una conexión.
28

Figura 1.10 Formato del MAC SDU

1.4.4.3.2 Subcapa de Parte Común MAC (MAC CPS) [14]

La subcapa CPS de la MAC proporciona las funcionalidades básicas para el
acceso al sistema, asignación del ancho de banda, establecimiento y
mantenimiento de la conexión. Recibe datos de varias subcapas CS a través de
MAC SAP, clasificados en conexiones MAC diferentes.

Si se tiene una red que utiliza un medio compartido, ésta debe proporcionar un
mecanismo eficiente para su uso. Ejemplos de medio compartido inalámbrico, son
las redes inalámbricas Punto-Multipunto (PMP) y Tipo Malla. En este caso, el
medio es el espacio a través del cual las ondas de radio se propagan.

1.4.4.3.2.1 Punto-Multipunto (PMP)

El enlace punto a multipunto es un sistema que esta conformado por un equipo de
comunicaciones o estación base (BS) y de equipos remotos o estaciones remotas
o estaciones clientes.

El enlace de bajada, que va desde la estación base a la estación del suscriptor es
tipo Punto-Multipunto. El enlace inalámbrico IEEE802.16-2004 opera con una
estación base central y una antena sectorizada, que es capaz de manejar varios
sectores independientes simultáneamente.

La Figura 1.11 muestra un enlace de bajada tipo Punto-Multipunto:

Figura 1.11 Enlace de Bajada (Downlink) Tipo Punto-Multipunto

La estación base es el único transmisor operando en esa dirección, de modo que
no tiene que coordinar con otras estaciones, excepto en el caso que se usa TDD
(Time Division Duplexing) el cual divide el tiempo en períodos de transmisión de
subida y de bajada.

El enlace de bajada es generalmente un enlace broadcast como se indica en la
Figura 1.11, a menos que se indiqueque las tramas están dirigidas para un SS
específico.
30

El radio enlace multipunto proporciona soluciones de conectividad para empresas
con centros de trabajo múltiples que necesiten de una gran coordinación y trabajo
compartido. Este enlace proporciona a la empresa un entorno de intercambio de
información de muy alta velocidad.

Los mensajes pueden ser direccionados individualmente o ser enviados sobre
conexiones multicast. Efectivamente, todos los centros conectados por el enlace
multipunto formarán parte de una única red local, exactamente como si estuvieran
en el mismo edificio.

1.4.4.3.2.2 Tipo Malla (Mesh)

A diferencia de los enlaces Punto-Multipunto en la que solamente existe tráfico
entre la BS y la SS, una red con topología tipo malla permite que el tráfico sea
enrutado a través de otras SS o directamente entre SS.

En una red tipo malla, todos los sistemas tienen conexión directa a los servicios
del backhaul. El tráfico de Red toma el camino de menos resistencia o más fácil
sobre la red inalámbrica hacia el gateway de la Red, pasando a través de otros
nodos donde la línea de vista ya no es posible de alcanzar.

Los sistemas en malla típicamente usan antenas omnidireccionales, las cuales
tienen una gran área de cobertura.

� Formato del PDU de la MAC [15]

La PDU de la MAC es la unidad de datos que intercambia la capa MAC de la BS y
la del SS. Consiste en una cabecera de MAC de longitud fija y una carga útil de
longitud variable y un ciclo redundante de control (CRC) tal como se muestra en la
Figura 1.12.

Figura 1.12 Formato del PDU de la MAC

� Formato de Cabecera de la MAC

Dos formatos de cabecera son diferenciados en la capa MAC: una cabecera
genérica y una cabecera de requerimiento de ancho de banda.

La Figura 1.13 muestra el Formato de Cabecera Genérica de la MAC:

Figura 1.13 Formato de la Cabecera Genérica MAC

La Figura 1.14 muestra el Formato de Cabecera de Requerimiento de Ancho de
Banda de la MAC:

Figura 1.14 Formato de la Cabecera de Requerimiento de Ancho de Banda de la MAC

� Mensajes de Administración de la MAC

Los mensajes de administración de la MAC son insertados en la carga útil del
PDU y comienzan con un campo Tipo (Type), que indica el tipo de mensaje como
se muestra en la Figura 1.15. Seguido al campo Tipo, va la carga útil del mensaje
de administración (Management Message Payload).

Figura 1.15 Formato de un Mensaje de Administración de la MAC

De los tipos de mensajes de administración de la MAC, los que se describen a
continuación son los más importantes:
33

• Downlink Map (DL - MAP) Message: Este tipo de mensaje, define el acceso a
la información para el enlace de bajada. Especifica cuando se realizaran las
transiciones de la capa física.

• Uplink Map (UL - MAP) Message: Establece el acceso al enlace de subida.
Además, especifica el lugar de la transmisión para cada SS como también el
lugar para los períodos de contienda utilizados para las operaciones de
manutención inicial y las peticiones de ancho de banda.

� Transmisión de las PDU de la MAC

La MAC del estándar IEEE 802.16-2004, soporta varios protocolos de capas de
alto nivel así como ATM o IP. Para maximizar el proceso haciéndolo flexible y
eficaz, se incorporan los procesos de fragmentación y de empaque.

El proceso de fragmentación es donde un SDU de MAC es dividido en
fragmentos. Este proceso se muestra en la Figura 1.16:

Figura 1.16 Transmisión de las PDU de la MAC
34

El proceso de empaque es en el cual varios SDUs de la MAC son empaquetados
en una sola carga útil de PDU de la MAC.

Ambos procesos pueden ser usados tanto para downlink como para uplink. El
estándar IEEE 802.16-2004 permite el uso de ambos procesos simultáneamente
para un eficiente uso del ancho de banda, y fue diseñado para poder soportar
tanto FDD como TDD.

1.4.4.3.3 Subcapa de Seguridad [16]

Esta subcapa provee a los abonados de privacidad a través de la red fija
inalámbrica de banda ancha. Esto ocurre mediante el encriptado de las
conexiones entre las SS y BS.

Adicionalmente, la seguridad provee a los operadores protección contra hurto del
servicio. La BS protege en contra de acceso no autorizado a estos servicios de
transporte de datos mediante encriptado forzado a los servicios asociados que
fluyen a través de la red.

La privacidad emplea un protocolo de autenticación cliente/servidor en el cual la
BS, controla la distribución de material clave al cliente SS. Aparte de ello, los
mecanismos de privacidad básica son reforzados adicionando al control de
protocolo autenticación de SS basada en certificados digitales.

Si durante la negociación de capacidades, la SS especifica que no soporta
seguridad 802.16-2004, los pasos de autorización e intercambio de claves deben
ser salteados. La BS, si está provisto, debe considerar la SS autenticada, de otra
manera la SS no debe ser validada.

� Arquitectura

La subcapa de seguridad tiene dos componentes de protocolo:

a. Un protocolo de encapsulación para encriptado de paquetes de datos a
través de la red fija BWA. Este protocolo define:

• Un conjunto de suites criptográficas, pares de encriptado de datos y
algoritmos de autenticación.

• Reglas para aplicar estos algoritmos a la carga útil de MAC PDU.

b. Un protocolo de manejo principal que proporciona la distribución segura de
datos claves desde la BS a la SS. A través de este protocolo de
administración de claves, la SS y BS sincronizan los datos clave; además,
la BS usa el protocolo para reforzar el acceso condicional a los servicios de
la red.

� Encriptado de Paquetes de Datos

Los servicios de encriptado están definidos en un conjunto de capacidades dentro
de la subcapa de seguridad MAC. La información específica de encriptado en el
encabezado MAC está localizada en el formato de encabezado MAC genérico.

El encriptado también es aplicado a la carga MAC PDU; el encabezado MAC
genérico no está encriptado.

� Protocolo de Administración de Claves (PKM)

Una SS usa el protocolo PKM para obtener autorización y tráfico de material
codificado de la BS, y para soportar reautorizaciones periódicas y refrescos de
claves.
36

El protocolo de administración de claves usa certificados digitales X.509, el
algoritmo de encriptado RSA de clave pública, algoritmo de fuerte encriptado para
realizar intercambio de clave entre la SS y BS.

1.4.4.4 Capa Física (PHY) [17]

En la capa física, el flujo de datos esta formado por una secuencia de ráfagas de
igual longitud. Los modos de operación FDD y TDD, se consideran tanto como
para Uplink (UL) y Downlink (DL).

En la Figura 1.17 se muestra la secuencia de las ráfagas.

Figura 1.17 Secuencia de las ráfagas

En el modo FDD, las subráfagas de UL y DL, son transmitidas simultáneamente y
sin interferencia, gracias a que estas son transmitidas a distintas frecuencias. En
el modo TDD, las subráfagas de UL y DL son transmitidas de manera
consecutiva.
37

El estándar IEEE802.16-2004 define diferentes especificaciones para la capa
física PHY que pueden usar en conjunto con la capa MAC para dar una confiable
conexión extremo a extremo.
Estas son las siguientes:

• WirelessMAN-SC PHY
• WirelessMAN-SCa
• WirelessMAN-OFDM
• WirelessMAN-OFDMA

Cada una de ellas es una variante del estándar, según las técnicas de modulación
y banda de frecuencias para las cuales se ha desarrollado el mismo.

1.4.4.4.1 WirelessMAN-SC PHY

Esta especificación PHY destinada para operación en la banda de frecuencia de
10-66 GHZ, está diseñada con un alto grado de flexibilidad de manera de permitir
a los proveedores de serviciola habilidad de optimizar los sistemas con respecto
al planeamiento celular, costo, capacidades de radio, servicios y capacidad.

De manera de permitir el uso flexible del espectro, son soportadas las
configuraciones TDD y FDD. Ambos casos usan el formato de transmisión de
ráfagas cuyos mecanismos de entramado soportan ráfagas adaptativas en el cual
los parámetros de transmisión, incluyendo los esquemas de modulación y
codificación, pueden ser ajustados individualmente para cada SS en la base de
trama por trama.

El PHY uplink está basado en una combinación de TDMA y DAMA (Acceso
Múltiple por Asignación de Demanda), en particular el canal de uplink está dividido
en un número de ranuras de tiempo asignadas para usuarios controlado por el
MAC en el BS y puede variar a través del tiempo para óptimo desempeño.
38

El canal downlink es TDM con la información para cada SS multiplexada en un
solo arreglo de datos y recibida por todas las SSs dentro de un mismo sector.
Para soportar half-dúplex FDD en las SSs, la provisión también se realiza por una
porción TDMA en el downlink.

El PHY downlink incluye una subcapa de convergencia de transmisión que inserta
un byte de puntero en la carga para ayudar al receptor a identificar el comienzo de
la MAC PDU.

El PHY uplink está basado en la transmisión de ráfagas TDMA. Cada ráfaga está
diseñada para transportar PDUs MAC de longitud variable. El transmisor
aleatoriza los datos entrantes, los codifica en FEC, y mapea los bits codificados a
QPSK y 16-QAM (si se requiere).

1.4.4.4.2 WirelessMAN-SCa

El PHY WirelessMAN-SCa está basado en una tecnología de portadora simple y
diseñada para operación NLOS en bandas de frecuencias por debajo de 11 GHz.
Para bandas licenciadas los anchos de banda de canal permitidos deben ser
limitados por el ancho de banda regulado dividido por cualquier potencia de dos
no menor que 1.25 MHz.

Los elementos dentro del PHY incluyen:

• Definiciones TDD y FDD, una de las cuales debe ser soportada.
• Uplink TDMA.
• Downlink TDMA.
• Modulación adaptativa por bloque y codificación FEC para uplink y
downlink.

• Estructura de tramas (framing) que mejora la ecualización y el rendimiento
de estimación de canal a través de NLOS y ambientes de ensanchamiento
de retardos extendidos.

• FEC concatenado usando codificación Reed-Solomon.
• Opción de transmisión con diversidad STC (Space Time Coding).
• Opción No-FEC usando control de error ARQ (Automatic Repeat Request).
• Modos robustos para operación de baja CINR (Carrier to Interferente and
Noise Ratio).
• Seteo de parámetros de mensajes MAC/PHY que facilitan la
implementación opcional AAS (Adaptive Antenna System).

1.4.4.4.3 WirelessMAN-OFDM

Utiliza 256 portadoras con multiplexación por división de frecuencia ortogonal
(OFDM). Además emplea canales de 1,75 a 20MHz. Soporta TDD y FDD y
técnicas de modulación BPSK, QPSK, 16QAM y 64QAM para bandas con
licencia, mientras que se utiliza 64QAM si es necesario para bandas sin licencia.
Se lo utiliza también para el múltiple acceso de diferentes estaciones abonadas
(SS) empleando TDMA.

1.4.4.4.4 WirelessMAN-OFDMA

Utiliza un esquema de 2048 portadoras OFDM. El acceso múltiple es
proporcionado asignando un subconjunto de los portadores a un receptor
individual, así esta versión es referida a menudo como acceso OFD múltiple.

De estas, las dos últimas son las más convenientes para usar en conexiones
NLOS, debido a la simplicidad del proceso de ecualización para señales
multiportadora.
40

De las dos interfaces aéreas basadas en OFDM, la WirelessMAN OFDM de 256
portadoras es favorable debido que en el proceso de cálculo de la transformada
rápida de Fourier (FFT), se tiene una baja relación o tasa entre el promedio y el
nivel pico y se tienen requerimientos menos estrictos para la sincronización de
frecuencia, comparado con la OFDMA.

Las 256 subportadoras están asignadas de la siguiente manera:

• 192 son usadas para datos del usuario.
• 56 nulos por banda de guardia.
• 8 usadas con símbolos pilotos permanentes.

El ancho de banda del canal puede ser un entero múltiplo de 1.25MHz, 1.5Mhz y
1.75MHz con un máximo de 20MHz.

1.4.4.4.5 Tecnología OFDM [18]

La tecnología OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) provee de un
medio eficiente para superar los desafíos de la propagación NLOS. La forma de
onda Wi-MAX OFDM ofrece la ventaja de posibilitar la operación con un gran
retardo de dispersión característico de los ambientes NLOS. Mediante la virtud de
los símbolos de tiempo OFDM, la onda OFDM elimina los problemas de la
interferencia intersímbolo (ISI) y la complejidad de la ecualización adaptativa.

Puesto que la señal OFDM está compuesta de múltiples portadoras ortogonales,
el desvanecimiento selectivo está localizado en subportadoras que son
relativamente fáciles de ecualizar.

Un ejemplo es mostrado en la Figura 1.18 como una comparación entre una señal
OFDM y una señal de portadora simple, con la información siendo enviada en
paralelo por OFDM y en serie por la portadora simple.

Figura 1.18 Espectro de portadoras en Modulación OFDM vs. Modulación Convencional

En una modulación FDM convencional, los canales adyacentes se encuentran
muy separados usando una banda de guarda. Para que los canales se puedan
traslapar, se debe de reducir la interferencia entre los subcanales adyacentes, por
lo que se requiere la ortogonalidad. Que dos frecuencias sean ortogonales,
significa que ellas son armónicos, es decir que las frecuencias siguientes son
múltiplos de la frecuencia fundamental.

� Espectro de OFDM

En el dominio de la frecuencia, cada subportadora se puede representar como
una función que posee los ceros cruzando por todas las f0, por tanto el
espaciamiento entre las subportadoras es igual a f0, con lo cual no hay
interferencia entre subportadoras como se muestra en la Figura 1.19:

Figura 1.19 Espectro de la señal OFDM
42

� Subcanalización

La subcanalización en el enlace ascendente es opcional en Wi-MAX. Sin la
subcanalización, las restricciones regulatorias y la necesidad para un costo
efectivo de los CPEs, típicamente causa que el enlace sea asimétrico, este
provoca que el rango de sistema este limitado en el enlace ascendente.

La subcanalización habilita que el enlace sea balanceado de tal forma que la
ganancia del sistema sea similar en ambos enlaces. La subcanalización concentra
la transmisión de potencia en pocas portadoras OFDM, esta es la forma de
incrementar la ganancia del sistema que puede ser usada para extender el
alcance del sistema, superar las pérdidas de penetración, o reducir el consumo de
potencia del CPE, tal como se muestra en la Figura 1.20:

Figura 1.20 Subcanalización – Ancho de Banda para varios usuarios

El uso de la subcanalización es muy importante en OFDM, tal que permite un uso
más flexible de los recursos que pueden soportar portabilidad.
43

1.4.4.4.6 Tecnología OFDMA [19]

El estándar IEEE 802.16e usa Acceso Múltiple por División Ortogonal de
Frecuencia (OFDMA), lo cual es similar a OFDM en que divide en las
subportadoras múltiples, tal como se muestra en la Figura 1.21:

Figura 1.21 Descripción de Frecuencia OFDMA

OFDMA se encuentra en la capa física de las capas inalámbricas de nueva
generación. OFDMA permite que muchos abonados accedan asignándole a cada
uno un cierto número de subportadoras. También introduce la tecnología TDMA
que asigna diferentes segmentos de tiempo a diferentes grupos de usuario.

Todas los subportadoras OFDMA se dividen en diversos grupos de subportadoras
en dominios de frecuencia, cada uno de los cuales se denomina subcanal. Un
usuario puede ocupar uno o más subcanales. En ámbitos