LMDS: tecnología de acceso inalámbrico de banda ancha
Autor:
Ramón Jesús Millán Tejedor
Publicado en Windows NT/2000 Actual nº 21, Prensa Técnica S.A., 2000
Introducción
Arquitectura de LMDS
Fundamentos tecnológicos
Tecnologías competitivas
Estado del LMDS en España
Introducción
El
mundo de las telecomunicaciones actuales está caracterizado
por un rápido
crecimiento. Las dos áreas que más
rápidamente están evolucionando son las
comunicaciones de datos y las celulares. Este crecimiento
está siendo apoyado
por la mayor competencia y la aparición de nuevas
tecnologías.
En concreto la desregulación en los distintos mercados del mundo del mercado de telefonía local, la emergencia de nuevas tecnologías inalámbricas, y el aumento en la demanda de nuevos servicios, han creado una nueva oportunidad para los proveedores existentes y emergentes. Las pequeñas y medianas empresas han aumentado su demanda de servicios orientados a voz y a datos, tales como acceso rápido a Internet, interconexión de redes de área local, ATM, y líneas alquiladas. Al mismo tiempo, la industria de las telecomunicaciones muestra un creciente interés en IP como una alternativa para proporcionar servicios multimedia al usuario final.
El servicio de distribución multipunto local o LMDS (Local Multipoint Distribution Service), cuyo origen se sitúa en 1986, es una prometedora tecnología de acceso inalámbrico de banda ancha, también conocida como bucle de abonado sin cable. Los sistemas LMDS trabajan en la banda de 28-31 GHz, ofreciendo servicios multimedia y de difusión a los usuarios finales en un rango de 2-7 km.
Las razones de la importancia de la tecnología LMDS son:
Arquitectura de LMDS
En concreto la desregulación en los distintos mercados del mundo del mercado de telefonía local, la emergencia de nuevas tecnologías inalámbricas, y el aumento en la demanda de nuevos servicios, han creado una nueva oportunidad para los proveedores existentes y emergentes. Las pequeñas y medianas empresas han aumentado su demanda de servicios orientados a voz y a datos, tales como acceso rápido a Internet, interconexión de redes de área local, ATM, y líneas alquiladas. Al mismo tiempo, la industria de las telecomunicaciones muestra un creciente interés en IP como una alternativa para proporcionar servicios multimedia al usuario final.
El servicio de distribución multipunto local o LMDS (Local Multipoint Distribution Service), cuyo origen se sitúa en 1986, es una prometedora tecnología de acceso inalámbrico de banda ancha, también conocida como bucle de abonado sin cable. Los sistemas LMDS trabajan en la banda de 28-31 GHz, ofreciendo servicios multimedia y de difusión a los usuarios finales en un rango de 2-7 km.
Las razones de la importancia de la tecnología LMDS son:
- La rápida instalación en comparación con tecnologías de cable.
- La posibilidad de integrar diversos tipos de tráfico, como voz digital, vídeo y datos.
- La alta velocidad de acceso a Internet, tanto en el sector residencial como en el empresarial.
- La posibilidad de instalar una red de acceso de bajo coste, flexible, modular, y fiable.
Arquitectura de LMDS
Los
sistemas LMDS utilizan estaciones base distribuidas a lo largo de la
región que
se pretende cubrir, de forma que en torno a cada una de ellas se agrupa
un
cierto número de emplazamiento de usuario (hogares y
oficinas), generando de
esta manera una estructura de áreas de servicio basadas en
células. Cada célula
tiene un radio de alrededor de 4 Km, pudiendo variar dentro de un
entorno de
2-7 Km, es decir, la transmisión tiene lugar en distancias
relativamente
cortas. Las distintas estaciones base (también conocidas
como hubs) están
interconectadas entre sí,
teniendo cada una de ellas capacidad para proporcionar servicios
telefónicos y
de datos a más de 80.000 clientes.
La comunicación inalámbrica entre los emplazamientos de usuario y la correspondiente estación base, tiene lugar en los dos sentidos, a través de señales de alta frecuencia. En LMDS, cuando se establece una transmisión, esa comunicación no puede transferirse de una célula a otra como ocurre en la telefónica celular convencional. La distancia entre la estación base y el emplazamiento de usuario viene limitada precisamente por la elevada frecuencia de la señal, y por la estructura punto-multipunto.
En la Figura 1 se muestra un esquema de la arquitectura de LMDS, donde se distinguen los emplazamientos de usuario, las estaciones base que dan cobertura a un conjunto de emplazamientos de usuario, y los concentradores que agregan el tráfico procedente de las distintas estaciones y las llevan a una red backbone de datos.
La estación base está constituida por la propia estación omnidireccional o sectorizada, situada sobre edificios o estructuras ya existentes. La antena sectorizada permite reutilizar frecuencias, posibilitando incrementar sensiblemente la capacidad global del sistema, y soportar un gran número de emplazamientos de usuario. El tráfico procedente una o varias antenas, cada una de las cuales da cobertura a un sector, es concentrado en un bastidor radio, dirigiéndolo a la red en cuestión (RDSI, RTB, Internet, X.25, Frame Relay, etc). El esquema de la estación base está ilustrado en la Figura 3.
Como se puede observar, la tecnología LMDS permite instalar redes rápidamente, ya que por ejemplo en el emplazamiento de las antenas es muy sencillo dado el pequeño tamaño de éstas y por la naturaleza inalámbrica de la comunicación. Por otro lado, las inversiones iniciales son bastantes más bajas que en tecnologías de acceso, aunque su introducción supone un cierto riesgo puesto que la inversión financiera tiene lugar antes de que se genere la masa de abonados.
La capacidad de LMDS para comunicar en ambos sentidos, así como su alto ancho de banda, permite ofrecer servicios interactivos de banda ancha, tales como videoconferencia, vídeo bajo demanda, acceso a Internet de alta velocidad, interconexión de redes, telefonía, etc.
En un principio, el mercado idóneo para LMDS está en zonas urbanas de elevada densidad de población, en torno a los 12.000 hogares por Km2, donde el potencial de abonados dentro de cada célula aparece optimizado. En cuanto al perfil del abonado final, el sector de las pequeñas y medianas empresas es el receptor potencial más inmediato.
Figura 2: Esquema del emplazamiento de usuario.
En la Figura 4 se muestra la antena LMDS denominada Mini-Link Bas de Ericsson, multinacional sueca líder en comunicaciones móviles, capaz de trabajar en varias bandas de frecuencias, entre ellas las de 26 y 28 GHz. El tamaño de Mini-Link Bas es tan sólo de 321´266´204 mm en el emplazamiento de usuario, y de 321´266´188 mm en la estación base. En la Figura 5 se presenta la unidad de red y en la Figura 6 el bastidor radio, asociados a Mini-Link Bas en el emplazamiento de usuario y en la estación base, respectivamente.
Figura 4: Mini-Link Bas, unidad de red y bastidor radio.
La comunicación en LMDS se establece, como ya se ha indicado, mediante radiodifusión punto-multipunto, es decir, las señales viajan desde o hacia la estación central hacia o desde los diferentes puntos de recepción distribuidos por toda la zona de cobertura. La comunicación se puede establecer en los dos sentidos al mismo tiempo gracias a la tecnología digital. En concreto, LMDS utiliza modulación QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), que permite reducir las interferencias y aumentar la reutilización del espectro, alcanzado un ancho de banda cercano a 1 Gbps. En cuanto a protocolos, LMDS se presenta como un sistema neutro, pudiendo trabajar en entornos ATM, TCP/IP y MPEG-2.
La tecnología LMDS trabaja en el margen superior del espectro electromagnético, en la banda Ka de 28 GHz (27,5-29,5 GHz) y en la banda de 31 GHz (31,0-31,3 GHz) utilizada habitualmente para el control de tráfico y vigilancia metereorológica.
Las frecuencias más elevadas del espectro electromagnético, han sido tradicionalmente utilizados por sectores especializados, como el sector espacial y el de defensa, debido principalmente a la complejidad y coste de los sistemas electrónicos involucrados, especialmente de los semiconductores. No obstante, los rápidos avances en la tecnología de semiconductores, han propiciado una considerable reducción de los costes y la posibilidad de utilizar estos componentes en el sector comercial.
Las señales de alta frecuencia para comunicaciones terrestres presentan reflexiones cuando encuentran obstáculos (como árboles, edificios, etc.) en el camino de propagación, originando las denominadas zonas de sombra a las que no llega la señal; en cambio, las señales de baja frecuencia atraviesan fácilmente estos obstáculos. No obstante, la parte superior del espectro electromagnético ofrece importantes ventajas en términos de ancho de banda y de saturación.
Para evitar la aparición de zonas de sobra en zonas urbanas, se utilizan estrategias basadas en el solapamiento de células y en la instalación de reflectores y amplificadores. Otro problema de las señales de alta frecuencia utilizadas en LMDS es la lluvia, debido pérdida de potencia en la señal por su transferencia a las moléculas de agua. Ésta limitación es resuelta, aumentando la potencia de transmisión cuando se detecta lluvia o reduciendo el tamaño de las células.
Tecnologías
competitivas
Las tecnologías que competirán con el LMDS para aumentar el ancho de banda de los abonados domésticos y empresariales son RDSI, ADSL, y los módems de cable. No obstante, como veremos, LMDS se presenta, salvo en casos especiales para zonas con pocos abonados, como la alternativa de menor coste y más rápido despliegue.
La RDSI o red digital de servicios integrados, es una tecnología basada en conmutación de circuitos que permite aprovechar el tendido de cable de par trenzado de cobre instalado en la RTB o red telefónica básica tradicional. Las velocidades que soporta son 128 Kbps en el acceso básico y 2 Mbps en el acceso primario. Su coste es relativamente alto tanto para el abonado como para el operador.
El ADSL es una nueva tecnología que proporciona conexiones permanentes de paquetes conmutados, y un acceso asimétrico y de alta velocidad a través del par de cobre actualmente. Con ADSL se consiguen velocidades descendentes (de la central hasta el usuario) de 1,5 Mbps sobre distancias de 5-6 Km, y de 9 Mbps para distancias de 3 Km. Las velocidades máximas descendentes (desde el usuario a la central), van de 16-640 Kbps, sobre los mismos tramos.
El ADSL, tecnología elegida por el Ministerio de Fomento para traer la tarifa plana en el acceso a Internet a nuestro país, se compone, al igual que la RDSI, de dos módems, uno en cada extremo de la línea telefónica; es decir, un módem digital en el emplazamiento del abonado en cuestión, y otro en la central del operador.
Finalmente, los módems de cable necesitan de un tendido de cable nuevo o la modificación del existente, por lo cual su despliegue será mucho más caro, limitado a grandes capitales y muy lento. Al igual que LMDS, es un sistema compartido por todos los usuarios y por lo tanto el servicio se degrada cuando el tráfico y el número de abonados aumenta, pudiendo alcanzar velocidades de 30 Mbps. La RDSI y el ADSL, son en cambio servicios dedicados para cada abonado.
La comunicación inalámbrica entre los emplazamientos de usuario y la correspondiente estación base, tiene lugar en los dos sentidos, a través de señales de alta frecuencia. En LMDS, cuando se establece una transmisión, esa comunicación no puede transferirse de una célula a otra como ocurre en la telefónica celular convencional. La distancia entre la estación base y el emplazamiento de usuario viene limitada precisamente por la elevada frecuencia de la señal, y por la estructura punto-multipunto.
En la Figura 1 se muestra un esquema de la arquitectura de LMDS, donde se distinguen los emplazamientos de usuario, las estaciones base que dan cobertura a un conjunto de emplazamientos de usuario, y los concentradores que agregan el tráfico procedente de las distintas estaciones y las llevan a una red backbone de datos.
Figura 1: Arquitectura de LMDS.
El
emplazamiento de usuario, está formado por una serie de
antenas de baja potencia
ubicadas en cada hogar, almacén u oficina. El
tamaño de las antenas, que pueden
ser instaladas en menos de dos horas, es muy pequeño. Las
señales recibidas en
la banda de 28 GHz son trasladadas a una frecuencia intermedia
compatible con
los equipos del usuario y convertidas por la unidad de red en voz,
vídeo y
datos, distribuidos por todos los cables existentes en la planta del
edificio.
Cada antena recibe y envía el tráfico de los
distintos abonados multiplexándolo
por división en el tiempo y lo transporta vía
aire hacia la estación base,
compartiendo la capacidad total del sector de 37,5 Mbps con otras
antenas. En
la Figura 2 se muestra un esquema del emplazamiento de usuario.
La estación base está constituida por la propia estación omnidireccional o sectorizada, situada sobre edificios o estructuras ya existentes. La antena sectorizada permite reutilizar frecuencias, posibilitando incrementar sensiblemente la capacidad global del sistema, y soportar un gran número de emplazamientos de usuario. El tráfico procedente una o varias antenas, cada una de las cuales da cobertura a un sector, es concentrado en un bastidor radio, dirigiéndolo a la red en cuestión (RDSI, RTB, Internet, X.25, Frame Relay, etc). El esquema de la estación base está ilustrado en la Figura 3.
Como se puede observar, la tecnología LMDS permite instalar redes rápidamente, ya que por ejemplo en el emplazamiento de las antenas es muy sencillo dado el pequeño tamaño de éstas y por la naturaleza inalámbrica de la comunicación. Por otro lado, las inversiones iniciales son bastantes más bajas que en tecnologías de acceso, aunque su introducción supone un cierto riesgo puesto que la inversión financiera tiene lugar antes de que se genere la masa de abonados.
La capacidad de LMDS para comunicar en ambos sentidos, así como su alto ancho de banda, permite ofrecer servicios interactivos de banda ancha, tales como videoconferencia, vídeo bajo demanda, acceso a Internet de alta velocidad, interconexión de redes, telefonía, etc.
En un principio, el mercado idóneo para LMDS está en zonas urbanas de elevada densidad de población, en torno a los 12.000 hogares por Km2, donde el potencial de abonados dentro de cada célula aparece optimizado. En cuanto al perfil del abonado final, el sector de las pequeñas y medianas empresas es el receptor potencial más inmediato.
Figura 2: Esquema del emplazamiento de usuario.
Figura 3: Esquema de la estación base.
En la Figura 4 se muestra la antena LMDS denominada Mini-Link Bas de Ericsson, multinacional sueca líder en comunicaciones móviles, capaz de trabajar en varias bandas de frecuencias, entre ellas las de 26 y 28 GHz. El tamaño de Mini-Link Bas es tan sólo de 321´266´204 mm en el emplazamiento de usuario, y de 321´266´188 mm en la estación base. En la Figura 5 se presenta la unidad de red y en la Figura 6 el bastidor radio, asociados a Mini-Link Bas en el emplazamiento de usuario y en la estación base, respectivamente.
Figura 4: Mini-Link Bas, unidad de red y bastidor radio.
La comunicación en LMDS se establece, como ya se ha indicado, mediante radiodifusión punto-multipunto, es decir, las señales viajan desde o hacia la estación central hacia o desde los diferentes puntos de recepción distribuidos por toda la zona de cobertura. La comunicación se puede establecer en los dos sentidos al mismo tiempo gracias a la tecnología digital. En concreto, LMDS utiliza modulación QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), que permite reducir las interferencias y aumentar la reutilización del espectro, alcanzado un ancho de banda cercano a 1 Gbps. En cuanto a protocolos, LMDS se presenta como un sistema neutro, pudiendo trabajar en entornos ATM, TCP/IP y MPEG-2.
La tecnología LMDS trabaja en el margen superior del espectro electromagnético, en la banda Ka de 28 GHz (27,5-29,5 GHz) y en la banda de 31 GHz (31,0-31,3 GHz) utilizada habitualmente para el control de tráfico y vigilancia metereorológica.
Las frecuencias más elevadas del espectro electromagnético, han sido tradicionalmente utilizados por sectores especializados, como el sector espacial y el de defensa, debido principalmente a la complejidad y coste de los sistemas electrónicos involucrados, especialmente de los semiconductores. No obstante, los rápidos avances en la tecnología de semiconductores, han propiciado una considerable reducción de los costes y la posibilidad de utilizar estos componentes en el sector comercial.
Las señales de alta frecuencia para comunicaciones terrestres presentan reflexiones cuando encuentran obstáculos (como árboles, edificios, etc.) en el camino de propagación, originando las denominadas zonas de sombra a las que no llega la señal; en cambio, las señales de baja frecuencia atraviesan fácilmente estos obstáculos. No obstante, la parte superior del espectro electromagnético ofrece importantes ventajas en términos de ancho de banda y de saturación.
Para evitar la aparición de zonas de sobra en zonas urbanas, se utilizan estrategias basadas en el solapamiento de células y en la instalación de reflectores y amplificadores. Otro problema de las señales de alta frecuencia utilizadas en LMDS es la lluvia, debido pérdida de potencia en la señal por su transferencia a las moléculas de agua. Ésta limitación es resuelta, aumentando la potencia de transmisión cuando se detecta lluvia o reduciendo el tamaño de las células.
Tecnologías
competitivas
Las tecnologías que competirán con el LMDS para aumentar el ancho de banda de los abonados domésticos y empresariales son RDSI, ADSL, y los módems de cable. No obstante, como veremos, LMDS se presenta, salvo en casos especiales para zonas con pocos abonados, como la alternativa de menor coste y más rápido despliegue.
La RDSI o red digital de servicios integrados, es una tecnología basada en conmutación de circuitos que permite aprovechar el tendido de cable de par trenzado de cobre instalado en la RTB o red telefónica básica tradicional. Las velocidades que soporta son 128 Kbps en el acceso básico y 2 Mbps en el acceso primario. Su coste es relativamente alto tanto para el abonado como para el operador.
El ADSL es una nueva tecnología que proporciona conexiones permanentes de paquetes conmutados, y un acceso asimétrico y de alta velocidad a través del par de cobre actualmente. Con ADSL se consiguen velocidades descendentes (de la central hasta el usuario) de 1,5 Mbps sobre distancias de 5-6 Km, y de 9 Mbps para distancias de 3 Km. Las velocidades máximas descendentes (desde el usuario a la central), van de 16-640 Kbps, sobre los mismos tramos.
El ADSL, tecnología elegida por el Ministerio de Fomento para traer la tarifa plana en el acceso a Internet a nuestro país, se compone, al igual que la RDSI, de dos módems, uno en cada extremo de la línea telefónica; es decir, un módem digital en el emplazamiento del abonado en cuestión, y otro en la central del operador.
Finalmente, los módems de cable necesitan de un tendido de cable nuevo o la modificación del existente, por lo cual su despliegue será mucho más caro, limitado a grandes capitales y muy lento. Al igual que LMDS, es un sistema compartido por todos los usuarios y por lo tanto el servicio se degrada cuando el tráfico y el número de abonados aumenta, pudiendo alcanzar velocidades de 30 Mbps. La RDSI y el ADSL, son en cambio servicios dedicados para cada abonado.
Estado del LMDS en
España
En
marzo el Ministerio de Fomento concedió seis licencias de
telefonía inalámbrica o LMDS, tres en la banda de
26 GHz
y tres en la de 3,5 GHz, que permitirán a las
compañías adjudicatarias ofrecer servicios de
banda ancha
(acceso a Internet, transmisión de datos, voz e
imágenes), romper con el monopolio de telefonía
fija
local de Telefónica, y competir rápidamente con
las
operadoras de cable.
Los grupos ganadores de las licencias han sido: FirstMark, Abranet, y Aló 2000 –en la banda de 3,5 GHz-; y Banda 26, Broadnet, y Sky Point –en la banda de 26 GHz-. Entre los perdedores de estas licencias se encuentran operadores de la índole de Telefónica de España y Airtel. Queda por resolver el concurso de la banda de 28 GHz.
En ambos casos, el despliegue de red es muy rápido y relativamente barato, ya que sólo se requiere un pequeño espacio en la parte superior de los edificios donde se instalan las antenas y un cable que enlace cada piso, y además, los trámites administrativos son muy sencillos.
De las dos bandas, la de 26 GHz es la que tiene un mayor potencial. Mientras que las frecuencias de 26 GHz permiten transmitir imágenes de vídeo y televisión, las de 3,5 GHz, no pasan de la voz y los datos. No obstante, la cobertura por antena puede llegar a los 15 Km en el caso de la banda de 3,5 GHz, frente a los 5 Km en la de 26 GHz. Por lo tanto, la banda de 26 GHz está más destinada al mercado de pequeñas y medianas empresas, despachos profesionales y grandes empresas; más rentables que el mercado residencial al que va principalmente dirigida la de 3,5 GHz.
Los grupos ganadores de las licencias han sido: FirstMark, Abranet, y Aló 2000 –en la banda de 3,5 GHz-; y Banda 26, Broadnet, y Sky Point –en la banda de 26 GHz-. Entre los perdedores de estas licencias se encuentran operadores de la índole de Telefónica de España y Airtel. Queda por resolver el concurso de la banda de 28 GHz.
En ambos casos, el despliegue de red es muy rápido y relativamente barato, ya que sólo se requiere un pequeño espacio en la parte superior de los edificios donde se instalan las antenas y un cable que enlace cada piso, y además, los trámites administrativos son muy sencillos.
De las dos bandas, la de 26 GHz es la que tiene un mayor potencial. Mientras que las frecuencias de 26 GHz permiten transmitir imágenes de vídeo y televisión, las de 3,5 GHz, no pasan de la voz y los datos. No obstante, la cobertura por antena puede llegar a los 15 Km en el caso de la banda de 3,5 GHz, frente a los 5 Km en la de 26 GHz. Por lo tanto, la banda de 26 GHz está más destinada al mercado de pequeñas y medianas empresas, despachos profesionales y grandes empresas; más rentables que el mercado residencial al que va principalmente dirigida la de 3,5 GHz.