R E V I S T A DE TELECOMUNICACIONES DE ALCAT E...

R E V I S TA DE TELECOMUNICACIONESDE ALCAT E L

REDES RADIO: EL ENLACE INVISIBLE

4º Trimestre de 1998

El crecimiento explosivo de las co-municaciones inalámbricas, durante laúltima parte del siglo veinte, es una his-toria de éxito que ha sorprendido, in-cluso, a muchos analistas de mercado.En AirTouch, pensamos que las sorpre-sas durante el próximo siglo vendrán dela mano de unas comunicaciones ina-lámbricas que serán capaces de llegar amás gente por diferentes caminos, loscuales, hoy día, no podemos inclusoimaginar. Las mejoras en confort, segu-ridad y productividad facilitadas por lacomunicación inalámbrica, la han con-vertido en una tecnología indispensablepara mucha gente. Mientras imagina-mos la multitud de nuevas aplicacionesprevistas para la siguiente generaciónde servicios inalámbricos, parece inevi-table pensar que los servicios y dispositi-vos inalámbricos se convertirán en algotan habitual como lo son, actualmente,los televisores y los coches.

Una de las claves que fomentarán es-te brillante futuro de la industria ina-lámbrica es el continuo avance de latecnología. La industria confía en intro-ducir la Tercera Generación (3G) desistemas como parte de la iniciativaI M T-2000 promovida por la UIT (UniónInternacional de Te l e c o m u n i c a c i o n e s ) .La primera generación se define, en ge-neral, como la de los sistemas celulare s -analógicos que se desplegaron a media-dos de los años ochenta. La segunda ge-

neración incluye los sistemas celulare s -digitales y los PCS (Personal Communi-cation Systems), que han eclipsado últi-mamente a los sistemas analógicos entérminos del número total de abonadosa los que sirven en todo el mundo. Lossistemas 3G, planificados para su intro-ducción en el año 2002, se están dise-ñando para suministrar no sólo serviciosde voz, sino también servicios de datosde alta velocidad que proporcionen nue-vas aplicaciones tales como el accesoinalámbrico a Internet.

Un interesante resultado de los pro-cesos de investigación, simulación ypruebas, que se han llevado a cabo parala presentación de las propuestas denormas para los sistemas 3G, es el he-cho de que varias regiones geográficasdel mundo hayan propuesto una tecno-logía de radio 3G muy similar. Seis ini-ciativas –con origen en Norteamérica,Europa y Asia– se han centrado en el ac-ceso múltiple por división de código debanda ancha (CDMA) como base para elacceso radio 3G. La mayor parte de laindustria ha convergido en el CDMA debanda ancha por su alta capacidad, ro-bustez de prestaciones, flexibilidad paracombinar la voz con los servicios de da-tos y escalabilidad desde servicios devoz a baja velocidad, a servicios de datosde hasta 2 Mbit/s.

Las ventajas de la tecnología CDMAhan sido reconocidas ya por muchos ope-

r a d o res y fabricantes, llevando a la defi-nición de la norma cdmaOne en Nortea-mérica. Tras la demostración de la ma-d u rez alcanzada por las redes de segundageneración que ya utilizan CDMA, se hareconocido que esta tecnología será lanorma inalámbrica dominante para losservicios 3G.

La semejanza de las diferentes pro-puestas de CDMA de banda ancha hamostrado también el hecho de que laglobalización está teniendo un impactoc reciente en la industria inalámbrica.Muchos fabricantes y operadores, Air-Touch incluido, han llegado a la con-clusión de que unas normas mundialescomunes podrían proporcionar, comoresultado, enormes beneficios para lai n d u s t r i a .

La unificación de estándares permiti-ría unas economías de escala sin pre c e-dentes, que disminuirían la estructurade costes de la industria. Unos menore scostes traerían en consecuencia unosm e n o res precios para los consumidore s ,lo que estimularía la demanda y, por tan-to, el aumento del uso. Una normativamundial generalizada también mejora-ría la itinerancia. Una mayor globalidadfomentaría además el crecimiento de lasinversiones en aplicaciones inalámbri-cas por parte de la industria de las Te c-nologías de la Información (TI), lo quedaría como resultado un nuevo cre c i-miento dirigido por los servicios de datos

IMT-2000: LA PRÓXIMAGENERACIÓN INALÁMBRICA

EDITORIAL

F.C. Farrill

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y multimedia. Este modelo permitiría fi-nalmente que la red inalámbrica se con-virtiese en una extensión uniforme deInternet, la cual ha experimentado unexplosivo crecimiento como resultado desu consistencia a escala mundial.

A pesar de las importantes ventajasque tendría una estandarización mundialcomún, está claro que para lograr un tipode modelo Internet se requerirán, porparte de la industria, tanto acciones acorto como a largo plazo. A corto plazo,cualquier acción deberá buscar cómomaximizar la armonización y la conver-

gencia de las diferentes propuestas deCDMA de banda ancha, con el fin de al-canzar una familia de normas 3G que op-timicen la generalidad de actuaciones.

A largo plazo, la industria tendrá quereconocer las importantes ventajas quetendrá dirigir los esfuerzos de la nor-malización inalámbrica en términos deuna base global. Las actuales estructu-ras regionales y nacionales de normali-zación deben evolucionar hasta formarparte de un marco mundial. La emer-gencia de empresas globales y el cre-ciente número de personas itinerantes

a lo largo del mundo requerirán de pro-ductos y servicios mundiales. La mayo-ría de los fabricantes de equipos ina-lámbricos ya operan a escala global. Deforma creciente, los operadores se con-solidarán y se alinearán en alianzas yacuerdos, por lo que requerirán solucio-nes mundiales. En vez de resistirnos aeste inevitable cambio, deberíamos asu-mirlo e impulsarlo, ya que dará comoresultado un mayor crecimiento globalde la industria inalámbrica. Esto serábueno también para los operadores, fa-bricantes y consumidores.

F. C. FarrillVicepresidente, Strategic TechnologyAirTouchWalnut Creek, California, Estados Unidos

AirTouch Communications es la compañíainalámbrica más grande del mundo, con em-presas que dan servicio a más de 31 millonesde clientes. AirTouch ofrece una gama com-pleta de servicios inalámbricos, incluyendoservicios de comunicaciones celulares, per-sonales y de radiobúsqueda y, en el futuro,comunicaciones mundiales por satélite.

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■ Introducción

La gran demanda de comunicacionesde voz y datos está proporcionando im-portantes oportunidades a los nuevosoperadores. La demanda de serviciosde banda ancha (acceso rápido a Inter-net, transmisión de datos a alta veloci-dad, vídeo, etc.) es inmensa desde laPequeña y Mediana Empresa (Pymes),las Pequeñas Oficinas en Oficina/Hogar(SOHO) y desde los sectores residen-ciales, mientras el tráfico de voz conti-núa creciendo. El desafío al que tienenque enfrentarse muchos de los nuevosoperadores en el mercado liberalizadode hoy en día, se deriva de tener quedesplegar sus infraestructuras lo sufi-cientemente rápido como para cumplircon esta inmensa demanda. Además,los operadores de redes de bucle localde radio de banda estrecha y celularesnecesitan alimentadores de transmi-

SOLUCIÓN DE RADIO PMP DE BANDA ANCHA

M. PERUYERO El Alcatel 9900 WW, de la familia de sistemas PMP,ofrece acceso de datos de alta capacidad para

abonados residenciales y de negocios.

sión rentables para conectar sus esta-ciones base.

La tecnología de radio fija ofre c euna solución rentable para las áre a surbanas y suburbanas densamente po-bladas. Los sistemas de radio de buclelocal de alta capacidad permiten a loso p e r a d o res el suministro de un rangode servicios de voz y datos a un grannúmero clientes. Los sistemas de ra-dio Punto-a-Multipunto (PMP) pue-den también proporcionar una atrac-tiva solución a los operadores de lared móvil, que buscan la manera deenlazar estaciones base móviles y con-t r o l a d o res en áreas ocupadas del cen-tro de las ciudades. Y lo que es toda-vía mejor, un operador de red fija ymóvil puede interconectar sus insta-

laciones de abonados y sus estacionesbase celulares, utilizando el mismo sis-tema de radio fija de banda ancha.

El rango de productos del Alcatel9900 WW satisface esta necesidad pro-porcionando un sistema de radio PMPde banda ancha que puede ser usado demanera rentable, tanto por los operado-res de telecomunicaciones tradiciona-les, como por los nuevos operadores desistemas de TV por cable y otros sumi-n i s t r a d o res de redes de radio. Debido aque pertenece a la amplia gama de pro-ductos de Alcatel, este sistema puededesplegarse como parte de una solucióntotal de red integrada que incluye:

• Tecnologías de transmisión (fibra oradio) de la Jerarquía Digital Sín-

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Figura 1 - Modelo de aplicación del Alcatel 9900 WW.

Alcatel 9900 WW, Sistema de AccesoRadio de Banda Ancha.

crona (SDH)/Red Óptica Síncrona( S O N E T ) .

• C o n m u t a d o res de banda estre c h a / b a n-da ancha.

• Productos de bucle local celulares/ra-dio.

• Gestión integrada de red.

■ Descripción General

El Alcatel 9900 WW (Figura 1) es unsistema punto-a-multipunto que ofre-ce soluciones económicas para propor-cionar conexiones de banda ancha enun entorno urbano. Esencialmente,consta de Estaciones Base de Radio deBanda Ancha (WWBS) y varias Esta-ciones Terminales de Abonado WWd i s t r i b u i d a s .

El WWBS está equipado con antenasde sector u omni-direccionales que pro-porcionan cobertura a través de toda lacélula, mientras que el WWTS utilizapequeñas antenas parabólicas para ac-ceder al WWBS, que actúa como la par-te centralizada transmitiendo los servi-cios telefónicos, de datos y de vídeo alos usuarios, a través de una línea deconexión radio de visión directa con unrango de hasta 4 km., dependiendo dela frecuencia del sistema.

Las principales características delsistema son las siguientes:

• La red celular, que puede estar inter-conectada con la Red Telefónica Con-mutada Pública (PSTN), la Red Digi-tal de Servicios Integrados (RDSI), laRed Móvil Terrestre Pública (PLMN),la Red de Líneas Alquiladas y las re-des de banda ancha.

• Las estaciones base WW, con una ar-quitectura mixta de equipos de inte-rior y de intemperie.

• La arquitectura de estaciones termi-nales WW, que consta de equipos in-t e r i o res y de intemperie. Un númerode terminaciones de red pueden co-nectarse a la misma terminación der a d i o .

Una red individual se compone de:

• Múltiples WWTS: cada abonado estáequipado con una WWTS que propor-ciona acceso y adaptación al sistema.

• Una WWBS que sirve muchas WWTSdesde una posición centralizada, através de una línea de radio de vi-sión directa. Proporciona las interfa-ces apropiadas entre el acceso radioy la red troncal, y con el centro deg e s t i ó n .

• El Centro de Gestión –común paravarias células–, que proporciona lasinterfaces para la gestión de serviciodel operador.

Aplicaciones

El Alcatel 9900 WW es muy apropiadopara un amplio rango de aplicaciones,aunque sólo las principales son analiza-das en este artículo. Por considerarloconveniente, han sido separadas pordistintos tipos de servicios:

• servicios de líneas alquiladas.• servicios conmutados.• servicios de datos.• servicios de vídeo.

Esta división no implica que solamenteun servicio pueda ser proporcionado almismo tiempo. Como ejemplo, una ins-talación de abonado de interior puedeequiparse para tratar servicios conmu-tados y de datos, tales como conexionesE1/T1 e interfaces Ethernet para inter-conexión a Centralitas Privadas (PBX)y a aplicaciones Internet/Intranet.

Servicios de líneas alquiladasLos servicios de líneas alquiladas pro-porcionan conexiones transpare n t e sE1/T1 o fraccionadas E1/T1, entre lasestaciones terminales WW y la estaciónbase WW. En el caso de una interfazfraccionada E1 ó T1, una función de or-denamiento se implanta en la estaciónbase. Los recursos de radio se asignanestadísticamente por el sistema de ges-tión de la red.

La interfaz de red está basada enuna conexión de nxE1 o T1 que estádisponible en la WWBS.

Las aplicaciones típicas son:

• Interconexiones de Centralitas Priva-das (PBXs).

• Servicios de datos o de líneas alqui-ladas para conexiones con una Redde Área Amplia (WAN), basadas en

líneas alquiladas a través de concen-t r a d o res, Dispositivos de Acceso deRetransmisión de Tramas (FRAD),puentes o enrutadore s .

• Transporte Celular, Sistema de Co-municación Personal (PCS) y de Bu-cle Local de Radio (WLL).

Servicios conmutadosLos servicios conmutados proporcionanacceso a las comunicaciones tradicio-nales de voz y a la RDSI. En este caso,los recursos de radio se asignan diná-micamente (anchura de banda bajo de-manda), de acuerdo con las condicio-nes de la red (cuelgue/descuelgue, pe-tición de canal D de llamada, etc.), op-timizando así el uso de la anchura debanda de radio disponible.

La interfaz de red es una interfazconcentrada (V.5.2 ó GR303) hacia lacentral local sobre conexiones dire c-tas nxE1/T1.


• Múltiples Líneas de Servicios Telefó-nicos Tradicionales (POTS).

• Múltiples accesos básicos (2B+D)RDSI, utilizando la interfaz U de líneapara voz, datos, videoconferencia, etc.

Servicio discontinuo de datos. Para servir todas las necesidades de te-lecomunicaciones de los usuarios Py-me, SOHO y residenciales no basta conproporcionar exclusivamente comuni-caciones de voz. En consecuencia, elAlcatel 9900 WW ha sido diseñado paratratar la transmisión de paquetes de al-ta capacidad para poder proporcionarservicios discontinuos de datos.

Las tecnologías de Acceso Múltiplepor División Temporal (TDMA) y lade Modo de Tr a n s f e rencia Asíncrona( ATM), permiten que los recursos deradio puedan ser asignados dinámica-mente y, de esta forma, incre m e n t a rel volumen de tráfico que puede serenviado a través del espectro radiod i s p o n i b l e .

Cada usuario recibe la anchura debanda requerida y solamente cuando lanecesita, con tanta eficacia como seaposible. Existe disponibilidad instantá-nea por usuario de tasas de capacidadde hasta varios Mbit/s.


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Figura 3 - Principales componentes del Alcatel 9900 WW.

• Acceso a Internet.• Intranet.• Interconexión de Redes de área Local

(LANs).

Estas aplicaciones son especialmenteatractivas para los usuarios residencia-les, SOHO y de empresas medianas ypequeñas.

Servicios digitales de vídeoEl Alcatel 9900 WW es idóneo para lasaplicaciones digitales de multidifu-sión de vídeo. Además, un canal de re-torno puede ser añadido al sistema demultidifusión cuando tanto el contro-lador de recepción de vídeo (Set To pBox) estándar, como la unidad termi-nal del abonado de interior, pueden

compartir el mismo cable coaxial (através de un separador) y la mismaunidad exterior. Este camino de re t o r-no puede utilizarse para servicios depago por visión, información bajo de-manda, supervisión de vídeo y aplica-ciones generales de Internet. La F i g u-ra 2 muestra una configuración paraaplicaciones re s i d e n c i a l e s .

Descripción de los componentes

La Figura 3 muestra los principales com-ponentes del sistema, los cuales se en-cuentran distribuidos en tres posiciones:

• La estación central, donde se encuen-tran todos los componentes comunesde la re d .

• La estación base WW, que contiene elequipo central.

• La estación terminal WW, que contie-ne el equipo del usuario.

La estación terminal WW consta de:

• La terminación radio, incluyendo laantena direccional de transmisión/re-cepción y la unidad transceptora deRadio Frecuencia (RF). Una pequeñaantena parabólica (menos de 30 cm.de diámetro) proporciona la ganan-cia y la direccionabilidad al sistema.La unidad RF es bidireccional, lo quepermite acceder a la WWBS.

• La terminación de red, que propor-ciona la alimentación y las inter-conexiones coaxiales a la termina-ción de radio. Actúa como una inter-faz entre los datos modulados a tra-vés del canal radio y el equipo termi-nal del usuario final.

La estación base WW consta de:

• Un grupo de antenas omnidirecciona-les o de sector. En el segundo caso, elárea que tiene que ser servida por laWWBS está cubierta por una antenacon una anchura del rayo horizontalde 90º; se necesitan cuatro para pro-porcionar una cobertura total.

• El módem y la unidad de interfaces,que proporciona la interfaz entre losdatos concentrados de banda base yla parte de radio. Proporciona accesoa los recursos radio a través del Con-trol de Acceso Medio (MAC), así co-mo también una interfaz de red y lasfunciones de módem.

• El convertidor RF, que suministra laconexión coaxial y la alimentación alas unidades transceptoras. Agrupa lasf recuencias intermedias de transmi-sión y recepción, y multiplexa toda lainformación sobre un único cable.

• Una o más unidades RF de intempe-rie, que permiten la comunicación ra-dio con las estaciones terminales.

• Un multiplexor opcional de adi-ción/extracción o terminales radioSDH/SONET en la parte de trans-porte, para acceder a los principalesanillos ópticos.

La estación central consta de:

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Figura 2 - Configuración del Alcatel 9900 WW para aplicaciones residenciales.


Revista de Telecomunicaciones de Alcatel – 4º trimestre 1998

• El Sistema de Gestión de Red (NMS),que proporciona toda la gestión dered del sistema.

• Terminales ADM o radio SDH/SONETpara el transporte de datos a las esta-ciones base WW.

• Conmutador ATM, que agrupa variasestaciones base WW en el mismo en-rutador o nodo de acceso remoto debanda ancha.

• Enrutador o nodo de acceso de bandaancha, que da acceso a una red deProtocolo Internet (IP).

• La misma Unidad de Gestión Aire(AMU).

La Tabla 1 resume las principales ca-racterísticas del Alcatel 9900 WW.

■ Dimensionamiento yPlanificación del Sistema

Como regla general, los enlaces de radiotienen que estar en una línea de visiónd i recta. Dependiendo de la disponibili-dad requerida y del régimen de lluviasde la región de la Unión Internacionalde Telecomunicaciones-Radio (UIT- R )en la que la radio es instalada, las longi-tudes de salto típicas, usando una bandade 28 GHz, se muestran en la Tabla 2.

Cuando se diseña un sistema, es ne-cesario, primeramente, determinar (conlos datos disponibles) si toda la zonapuede cubrirse por una única estaciónbase WW. Si no es así, el área que tieneque recibir cobertura se divide en cua-drantes, como se ilustra en la Figura 4;la capacidad de reutilización de fre c u e n-cias del sistema permite el uso de unconjunto limitado de fre c u e n c i a s .

Se utilizan cuatro frecuencias, basán-dose en los siguientes supuestos:

• La utilización de antenas sectorialesen la WWBS.

• Utilización de antenas direccionalesen la WWTS.

• Todos los terminales están en la líneade visión directa con la estación base.

• Propagación espacial libre.• Interferencias despreciables con los

canales adyacentes.• Las señales útiles y las interferencias

son atenuadas con la misma magni-tud en el caso de lluvia.

En un determinado cuadrante, el núme-ro de canales radio está condicionadopor el tráfico que tiene que tratarse. Es,por lo tanto, importante la obtención deuna estimación precisa de dicho tráfico.El objetivo es determinar el número, dis-tribución geográfica y perfil de cada tipode tráfico de abonado (tráfico de voz, delíneas alquiladas y de datos).

Si, para un cuadrante básico, la capa-cidad calculada excede la capacidad detratamiento del número máximo de ra-dios utilizables, la célula es muy grandey tendrá que reducirse su tamaño paragarantizar una buena cobertura. Esto sehace simplemente incrementando el nú-mero de estaciones base WW.

■ Servicios

Instalación

La planta típica de un sistema WWBSdepende de la topología de la red, quepodría incluir radio punto-a-multi-punto SDH/SONET y/o multiplexore sde adición/extracción, y la posibilidadde un conmutador ATM. Naturalmen-te, ello dependerá también de la ca-pacidad requerida y del esquema dep r o t e c c i ó n .

La estación terminal AWW constade una unidad de radio de intemperiey varias unidades de interior, como semuestra en la Figura 5. En algunos

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Tabla 1 - Principales características de sistema del Alcatel 9900 WW.

Tabla 2 - Típicas longitudes de salto, utilizando la banda de 28 GHz.

• Red de radio de banda ancha que utiliza internamente transporte ATM.• Integración de voz, datos y vídeo a muy alta velocidad.• Eficaz transporte de paquetes con mínimo retraso de retorno.• Soporte de la clase Múltiple Calidad de Servicio (QoS).• Arquitectura de distribución micro-celular Punto-a-Multipunto.• Bandas de frecuencias múltiples.• Antenas sectoriales u omnidireccionales en la WWBS.• Reutilización de frecuencias entre células.• Canalización hacia el acceso: 7/14/28 MHz ó 10/20/40 MHz.• Canalización hacia el conmutador: 3,5/7 MHz ó 5/10 MHz.• Cuatro sectores (90º), hasta 4x34 Mbit/s por sector, desde la WWBS ha-

cia el usuario (de acuerdo con la canalización).• Asignación dinámica de la frecuencia y anchura de banda bajo demanda

desde el usuario hacia la estación WWBS.• MAC que soporta la calidad de servicio ATM.• Estaciones terminales WW que suministran: servicios conmutados POTS/RDSI,

nx64 Kbit/s, líneas alquiladas nxE1/T1, y Ethernet estándar 10Base T o inter-faces ATM capaces de tratar la transmisión discontinua de datos.

• Estaciones base WW, que proporcionan las interfaces de red, tales comoATM (OC3/ TM1) para transmisión discontinua de datos y nxE1/T1 paratodos los otros servicios (telefonía, líneas alquiladas).

• Sistema de gestión de red basado en el Single Network Management Pro-tocol (SNMP); utiliza HP OpenView y está integrado con la plataforma ge-neral de gestión de Alcatel.

• Estándares de Digital Audio Visual Council (DAVIC).

Disponibilidad Regiones lluviosas UIT

(28 GHz) C D E F99,9% 6,2 5,7 5,3 4,899,99% 4,0 3,5 3,2 2,799,995% 3,4 3,0 2,7 2,3


casos, los IDUs pueden situarse en laspartes comunes del edificio en dondepuedan ser compartidas por variosclientes. Una IDU puede instalarse enun bastidor estándar ETSI de 19 pul-gadas, o como una única unidad de es-critorio.

La unidad terminal se ha diseñadopara permitir su rápida instalación ypuesta en servicio. Una herramientadedicada al servicio permite alinearla antena con facilidad.

Planificación de la red

Es necesario planificar la red antes deque sea desplegada. La parte princi-pal del estudio implica la obtenciónde los siguientes parámetros:

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Figura 5 - Estación terminal WW compuesta de una unidad de radio de intemperie y variasunidades de interior.

• Área a la que debe darse cobertura:mapa del área (mapa topográfico, sies posible) y de todas las subregio-nes, información sobre la coberturaterrestre (edificios, árboles, etc.), de-talles sobre legislación referente aconstrucciones, y datos sobre las con-diciones climáticas (clasificación dela UIT sobre regiones lluviosas).

• Definición del perfil de los usua-rios, incluyendo densidad de pobla-ción y variaciones anuales, clasifi-cación de casas y pisos por edificio,tipos de abonados (residencial, SO-HO, pequeña empresa, empresa me-diana, gran corporación), si hay es-taciones bases celulare s / P C S / W L Lpara conectarse, y los servicios re-queridos por cada tipo de usuario

(POTS, RDSI, nxE1/T1 o fraccionalE1/T1, Ethernet, AT M ) .

• Otros datos, tales como tasas de pene-tración de abonados y temas legales(bandas de frecuencias disponibles,división de las bandas de fre c u e n c i a sen canales), permisos administrativospara transmisión radio (límites re a l e sde potencia isotrópica radiada, pro-blemas de arquitectura, etc.).

La planificación de red debe basarseen una estrategia que minimice o bienla anchura de banda de radio, usandoradios máximos de las celdas, o bientomando los datos finales donde las li-mitaciones son primariamente el re-sultado de la densidad de tráfico, másque las condiciones de propagación.Naturalmente, cuando el mercadocambia es posible moverse de una es-trategia a la otra.

Otros datos son también necesariosantes de que el sistema pueda desple-garse. Entre ellos se incluyen: el estu-dio de los mapas (bases de datos digi-tales) para señalar posibles ubicacio-nes de las estaciones base WW y deta-lles de la estructura de la red paraidentificar las ubicaciones de las cen-trales y las de los equipos de transmi-sión. Se hace necesario también unestudio que ayude a identificar las po-siciones que son apropiadas para lacobertura de radio.

Alcatel utiliza una potente herra-mienta de planificación de la red deradio para posicionamiento de los ca-minos, análisis de caminos y cálculosdel presupuesto de los enlaces, to-mando en cuenta las fuentes localesde interferencias a lo largo de los en-laces. Esta herramienta toma los da-tos de entrada de la base de datos di-gital de los edificios, altitudes y co-bertura terre s t re (Figura 6).

■ Conclusiones

Los sistemas de acceso radio punto-a-multipunto de banda ancha pueden serutilizados para proporcionar la cone-xión de la última milla con los abona-dos. En muchas situaciones, ofrecenuna solución de acceso que puede com-petir con soluciones cableadas (fibra,

Figura 4 - Representación de las fuentes de interferencias de co-frecuencia para una deter-minada zona.


La tecnología radio ofrece importan-tes ventajas derivadas de su rápido des-pliegue y limitados costes iniciales. Ytodavía más, ofrece soluciones que pue-den personalizarse para cumplir con lasnecesidades de los distintos tipos deaplicaciones.

• Una variedad de servicios que vandesde servicios avanzados de teleco-municaciones (por ejemplo, telefoníaRDSI), hasta servicios de banda an-cha (líneas alquiladas, acceso rápidoa Internet, transmisión de datos a altavelocidad, vídeo, etc.).

• Despliegue en áreas urbanas y subur-banas.

• Satisface las necesidades de los clien-tes residenciales, SOHO, Pymes y cor-poraciones.

También puede, por supuesto, satisfa-cer cualquier combinación de las nece-sidades anteriormente dichas.

c o b re o híbridas), tanto en términos deservicio como de coste.

Los sistemas Alcatel 9900 WW PMPcumplen las necesidades de los operadore stradicionales y ofrecen una solución re n t a-ble a los nuevos operadores que intentanentrar en el mercado del bucle local.

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Figura 6 - Base de datos digital de edificios, altitud y cobertura terrestre.

Michel Peruyero es Director de laLínea de Producto para el Alcatel9900 WW y Gestión de Red en elGrupo de Acceso Radio de AlcatelAccess Systems Division, enNanterre, Francia.

Figura 1 - Mercado mundial de sistemas de acceso radio.

Tabla 1 - Crecimiento del mercado de Internet a nivel mundial hasta el año 2002 (cifras noacumuladas).

■ Introducción

¿Qué podemos añadir de novedosorespecto a Internet? Universalmentereconocida como la última re v o l u c i ó nen el sector de las telecomunicacio-nes, Internet está cambiando nues-tros hábitos de conducta de una formae s p e c t a c u l a r. El ritmo de cre c i m i e n t ode Internet es tal, que las pre v i s i o n e sapuntan a que, en pocos años, consti-tuirá el segundo servicio más deman-dado (después de la voz) a escalamundial, incluso en los países en víasde desarrollo.

Un crecimiento tan explosivo re-q u i e re una respuesta adecuada porparte de los suministradores en todassus gamas de productos.

Para satisfacer este objetivo, Alcatelestá desarrollando una solución de bu-cle de abonado inalámbrico, basado en

la tecnología DECT (Digital EnhancedCordless Telecommunication), quepermitirá disponer de acceso eficientea aplicaciones de Internet en sus pro-ductos de acceso radio.

■ Proyecciones del MercadoInternet Vía Radio

Al objeto de encontrar la demanda demercado para acceso Internet en pro-ductos de acceso radio, examinaremosinicialmente las previsiones globales deacceso radio [1]. La Figura 1 indica laspredicciones del mercado de acceso ra-dio a escala mundial, hasta el año 2002,en términos de líneas instaladas.

Por otro lado, la Tabla 1 resume lascifras estimadas globales de acceso In-ternet, utilizando todas las tecnologíasp o s i b l e s .

Las previsiones de acceso Internet víaradio se han clasificado en dos segmentosdependiendo del modo utilizado: circuitoo paquete. Las siguientes hipótesis seconsideran relevantes para este análisis:

• Desde el punto de vista de los usuarios,los módems analógicos son actualmen-

ACCESO INTERNET CON TECNOLOGÍA DECT

J. NAVARRO VICEDOV. QUÍLEZ SÁNCHEZ

Alcatel esta desarrollando un sistema inalámbrico,basado en la tecnología DECT, capaz de ofrecer un

acceso eficiente a Internet.

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Mercado anual de acceso Internet(millones de líneas)

1998 1999 2000 2001 2002

Total negocio 10 17 24 30 33

Total residencial 21 35 48 60 67

Total urbano 24 40 56 69 76

Total rural 7 12 16 21 24

Total acceso a Internet 31 52 72 90 100


te los dispositivos más ampliamenteutilizados para acceder a las aplica-ciones de Internet. Como consecuen-cia, el tipo de conexión más común,hoy en día, es en modo circuito de ba-ja velocidad (acorde con la propia tec-nología de los módems). Esta re s t r i c-ción en la velocidad de transmisión delos módems es el factor limitativo másimportante para los usuarios. Deacuerdo a muchas encuestas re a l i z a-das sobre el particular, la mayor parte

de estos usuarios estarían dispuestosa aceptar una cuota adicional, si elloles proporcionara un acceso a Inter-net más rápido.

• Los operadores dispuestos a propor-cionar acceso inalámbrico (es decirvía radio) a Internet dan marcada im-portancia a los siguientes aspectos:– El servicio Internet tiene un enorme

potencial para sus clientes.– Las sesiones típicas Internet pueden

durar desde varios minutos hasta ho-

ras, sin embargo el tráfico promedioa lo largo de la sesión es bajo.

– Las sesiones de Internet son asimé-tricas por naturaleza e implican pa-trones de tráfico a ráfagas.

– Un uso intensivo del servicio Internetre q u i e re, necesariamente, un méto-do de acceso eficiente que permitasoportar el mayor número posible desesiones simultáneas por Megaherziode espectro de frecuencia disponible.

– Una solución de acceso basada enmodo paquete permite al operadorcompartir muy eficientemente losrecursos de la red de acceso, ha-ciendo posible que más usuariostengan sesiones simultáneas acti-vas. Ello permite al operador el po-der reducir sus tarifas de acceso In-ternet y mantener, al mismo tiempo,márgenes comerciales razonables.

- Por todo lo anterior, la operación enmodo paquete aporta al operadorconsiderables ventajas respecto delmodo circuito.

• Actualmente hay, y lo seguirá habiendodurante años, un mercado importantede acceso a Internet basado en modocircuito. Sin embargo, el porcentaje delmodo circuito bajará en el futuro debi-do a la aparición progresiva de solucio-nes de acceso a Internet basadas enmodo paquete, las cuales crearán por símismas un mercado adicional localiza-do predominantemente en los paísesdesarrollados en los que, hasta el mo-mento, no se han visto soluciones deacceso radio, debido fundamentalmen-te a su carencia de soporte de serviciosde Internet y de datos en general.

• Alcatel tiene la intención de poner enel mercado soluciones de acceso ra-dio para aplicaciones Internet, a par-tir de la segunda mitad de 1999.

Basado en las consideraciones anterio-res, la Tabla 2 indica el potencial delacceso radio como soporte de aplicacio-nes de Internet.

Es conveniente resaltar que el acce-so a Internet y los servicios en modo pa-quete serán los factores que impulsaránla introducción de los sistemas de acce-so radio en países desarrollados, puesdarán a los nuevos operadores la capaci-dad de poder ofertar servicios compe-titivos a sus abonados, poniéndoles en

250

Tabla 2 - Potencial del mercado de Internet sobre radio.

Acceso Internet sobre radio (Millones de líneas por año)

1998 1999 2000 2001 2002

Sólo modo circuito

Países desarrollados 0,02 0,08 0,32 0,98 2,11

Países en desarrollo 0,03 0,09 0,25 0,60 1,04

Total 0,05 0,17 0,57 1,58 3,15

Coexistencia de circuitos y paquetes

Países desarrollados 0,02 0,12 0,48 1,42 3,00

Países en desarrollo 0,03 0,09 0,25 0,60 1,04

Total 0,05 0,21 0,73 2,02 4,04

Coexistencia de circuitos y paquetes

Circuitos 0,05 0,18 0,40 0,89 1,55

Paquetes 0,00 0,03 0,33 1,13 2,49

Total 0,05 0,21 0,73 2,02 4,04

Tabla 3 - Potencial de usuarios de Internet con soluciones de acceso radio hasta el año 2002.

Internet sobre radio cuando circuitos y paquetes coexisten (miles de líneas anuales)

1998 1999 2000 2001 2002

Países desarrollados

Residencial 19,9 100,7 400,7 1.187,3 2.507,7

Profesional (SOHO) 1,4 7,1 28,0 83,1 175,5

Pequeñas empresas 2,0 10,1 40,1 118,7 250,8

Medianas empresas 0,5 2,5 10,0 29,7 62,7

Total 23,8 120,4 478,8 1.418,9 2.996,7

Países en desarrollo

Residencial 20,5 64,4 185,7 439,0 759,6

Profesional (SOHO) 2,5 7,7 22,3 52,7 91,2

Pequeñas empresas 3,5 11,0 31,8 75,3 130,2

Medianas empresas 0,9 2,8 8,0 18,8 32,6

Total 27,4 86,0 247,8 585,7 1.013,5


situación de competir con los operado-res tradicionales o establecidos.

La Tabla 3 indica el número potencialde usuarios Internet con soluciones deacceso radio. No se espera que las gran-des empresas sean usuarias típicas de ac-ceso radio, de modo que el abanico deusuarios potenciales comprende desdelos abonados residenciales a las empre-sas de tamaño medio.

■ Características del TráficoInternet [2]

Al objeto de intentar elaborar un mode-lo apropiado de tráfico Internet, se han

analizado en detalle las característicascorrespondientes a los diversos proto-colos utilizados en la amplia gama delas aplicaciones de Internet. La Figura2 muestra la evolución de los serviciosmas importantes [3]. Existe una claratendencia a potenciar la utilización delprotocolo HTTP (Hyper Text TransferProtocol), en estos momentos un ele-mento fundamental de la WWW (WorldWide Web) con una contribución supe-rior al 50% del tráfico de Internet.

Perfiles de los usuarios

Para obtener información del perfil delos usuarios, se han realizado encues-

tas indicativas del comportamiento delos mismos, recopilando datos sobreparámetros tales como número de se-siones por hora, número de horas co-nectadas por semana, etc. Las tasas depenetración de Internet en EstadosUnidos, en la actualidad, están en elentorno del 30%. De los usuarios esta-dounidenses habituales, mas del 80%de los consultados en las encuestasutilizan Internet diariamente, la mayorparte de ellos entre una y cuatro vecesal día, dedicando entre 10 y 20 horas ala semana.

Ficheros transmitidos

La mayoría del tráfico Internet corre s-ponde a un patrón cliente-servidor, conficheros transmitidos desde el servidorbajo petición del cliente. El análisis deestos ficheros y su evolución a lo largodel tiempo, es muy relevante para com-p render las características del tráfico.La popularidad de la WWW y la prolife-ración de visualizadores y buscadore sweb, capaces de manejar una ampliavariedad de formatos gráficos, hancontribuido notablemente a aumentarel número de ficheros transferidos. To-dos estos factores influyen en las ca-racterísticas del tráfico. La Figura 3indica la distribución de los distintostipos de ficheros transferidos sobre In-t e r n e t . [ 4 ]

El análisis anterior sobre los tiposde ficheros debe complementarse conun estudio sobre los tamaños de losmismos para poder estimar la cargade tráfico. Muy frecuentemente, estostamaños de ficheros se analizan sinconsiderar sus diferentes tipos. La Ta-bla 4 muestra las estadísticas mas im-portantes de las páginas HTML. A par-tir de estas figuras, puede apre c i a r s eque las páginas HTML siguen una dis-tribución de probabilidad del tipo sub-e x p o n e n c i a l .

Medidas efectuadas en la Universi-dad de Málaga y en el edificio de Alca-tel en Madrid han dado resultados se-mejantes, con sesiones promedio de al -rededor de 2.000 segundos e intervalosmedios entre sesiones del orden de los9.000 segundos. Para un sistema basadoen conmutación de circuitos, esto im-plicaría una carga de tráfico media del

251

Figura 2 - Evolución de los servicios principales de Internet, entre 1991 y 1995.

Figura 3 - Tipos principales de ficheros (por extensión).

Tabla 4 - Principales estadísticas de los tamaños de los ficheros HTML.

Media Mediana Desviación típica Fuente

4,4 Koctetos 2,0 Koctetos –– [5]

6,5 Koctetos 2,0 Koctetos 31,7 Koctetos [4]


orden de los 200 mE, comparado convalores 30 veces menores si se utilizanconexiones en modo paquete.

Características

Otra característica de Internet es laamplia variedad que presenta en modosde conexión, protocolos y aplicaciones.Todos estos factores dificultan el poderencontrar una descripción adecuadadel tráfico. Un modelo universal debe-ría de ser capaz de reflejar algunos fac-t o res comunes encontrados en la mayoríade las situaciones. Las propiedades masimportantes podrían resumirse en:

• Autosimilitud.• Comportamiento sub-exponencial.• Marcada asimetría.

AutosimilitudEn contraste con el tráfico de voz, carac-terizado por procesos de Poisson segúnlos cuales la distribución estadística seaproxima asintóticamente a distribucio-nes normales, la distribución del tamañoen las ráfagas de información de Inter-net es virtualmente la misma, indepen-dientemente del tiempo de observación(decenas de milisegundos o decenas deminutos). A esta propiedad se le conocecomo comportamiento fractal o autosi-militud (el comportamiento genérico esel mismo y no depende del tiempo de ob-servación). Mas aún, cuanto mayor es elnúmero de usuarios observados, mayores el grado de autosimilitud.

Comportamiento sub-exponencialAl analizar el tráfico Internet, hay quehacer una distinción entre los procesosiniciados por los usuarios y los procesosiniciados por la re d .

Las decisiones humanas se puedenasemejar a procesos, de manera que eltiempo transcurrido entre sesiones pue-de caracterizarse en términos de distri-buciones exponenciales. Sin embargo,la actividad de la red responde a proce-sos más complejos. Algunos parámetros,tales como la duración o el tamaño deuna transmisión dada o el intervalo en-t re dos paquetes consecutivos, siguenhabitualmente distribuciones de tiposub-exponencial, caracterizadas por te-ner varianza infinita y, por tanto, proba-

bilidades no nulas para cualquier valor,por muy grande que este sea.

Este comportamiento hace difícil elp retender encontrar generadores y mo-delos adecuados de tráfico. Alcatel estádesarrollando actualmente un modelode tráfico WWW estructuralista de 4 ni-veles, en el que cada uno de estos nive-les se adecua a las especifidades de se-sión, conversación, conexión y paquetere s p e c t i v a m e n t e .

AsimetríaA partir de medidas y observaciones, yteniendo en cuenta las aplicaciones In-ternet mas predominantes, se concluyeclaramente que el tráfico descendentees muy superior al tráfico ascendente.Se ha encontrado que el 99% de los pa-quetes ascendentes corresponden apaquetes de reconocimiento, con ta-maños de tan sólo 40 bytes por paque-te, mientras que, para el tráfico des-cendente, existen proporciones pare c i-das entre estos paquetes de re c o n o c i-miento y paquetes de otros tipos, gene-ralmente de tamaños mucho mayore s .Los tamaños de estos últimos depen-den de los procesos de segmentaciónen las redes intermedias, siendo 1.500bytes un valor típico.

■ Acceso Inalámbrico aInternet: Modelo Extremo-a-Extremo

Para comprender mejor el papel quepuede jugar un sistema de acceso ra-

dio en la provisión de servicios de ac-ceso a Internet, es útil tener una vi-sión extre m o - a - e x t remo de la arqui-tectura de red, tal como se muestraen la Figura 4. En ella distinguimost res dominios, que se corre s p o n d e ncon las áreas donde típicamente ope-r a d o res especializados pueden jugarun papel protagonista. Esto no impi-de, sin embargo, que una misma orga-nización pueda actuar simultánea-mente en más de un dominio (como,por ejemplo, operador de acceso yoperador de re d ) .

El dominio del proveedor de servi-cios de red puede considerarse como laentrada al mundo Internet. Es el pun-to final del acceso a Internet, aunqueno lo sea de la comunicación Interneten sí, la cual va más allá de ese punto,pudiendo llegar a cualquier extre m odel planeta.

Dentro de este dominio se encuen-tran los llamados ISPs (Internet Servi-ce Providers o Proveedores de ServicioInternet) que facilitan el acceso a laInternet global a sus abonados. LosISPs necesitan no sólo de routers ca-paces de manejar el tráfico IP (Inter-net Protocol) desde y hacia los usua-rios, sino también las bases de datos yentidades de gestión necesarias paradar soporte a la gestión de abonados,tarificación, atención al cliente, etc.

También se ha considerado dentrode este dominio a las redes privadas degrandes corporaciones (intranets), da-da la tendencia, cada vez más extendi-da, de que sus empleados accedan a

252

Figura 4 - Arquitectura de red extremo-a-extremo.


ellas de forma remota. Normalmente,el acceso a una Intranet corporativaestá protegido mediante un elementode seguridad (firewall) que impide alos intrusos acceder a los recursos dela compañía.El dominio del operador de red com-p rende los servicios y redes de teleco-municación tradicionales. Su papelfundamental consiste en proporcionarservicios de transporte basados, bienen circuitos conmutados proporciona-dos por la Red Telefónica Básica(RTB) o Red Digital de Servicios Inte-grados (RDSI), o bien mediante con-mutación de paquetes (X.25, FrameR e l a y, etc.).

Finalmente, el dominio del opera-dor de acceso proporciona los mediospara conectar a los usuarios a las in-fraestructuras de transporte y conmu-tación. Para ello, existe una gran varie-dad de tecnologías disponibles entrelas que se incluyen pares de cobre, fi-bra, cable y líneas digitales asimétricas(ADSL). Asimismo, la tecnología ina-lámbrica DECT (Digital EnhancedCordless Telecommunications) consti-tuye una alternativa atractiva en esteámbito. Desde la red de acceso puedenutilizarse dos tipos de interfaces parala conexión con las redes de la infraes-tructura de transmisión y transporte:basados en conmutación de circuitosRTB/RDSI (por ejemplo, V5.1/V5.2), obasados en conmutación de paquetes(por ejemplo, Frame Relay).

■ Capacidades para Datosen Modo Paquete en DECT

Los estándares DECT desarrollados porel Instituto Europeo de Normalizaciónen Telecomunicaciones (ETSI), defi-nen capacidades de comunicación ina-lámbrica de alta eficiencia, suscepti-bles de ser utilizadas en numerosasaplicaciones y entornos. En particular,el ETSI ha definido el perfil RAP (Ra-dio in the local loop Access Profile)[6], para su uso en aplicaciones de ac-ceso radio en el bucle local. Este perfilpermite telefonía, datos en banda vocal(VBD), RDSI y servicios de datos enmodo paquete. Una estación baseDECT puede dar soporte a cualquier

mezcla de estos servicios dentro de lamisma área de cobertura.

En el caso particular de los serviciosde datos, el perfil RAP define capacida-des de transporte de hasta 552 Kbit/sen modo asimétrico, muy adecuado pa-ra las características del tráfico Inter-net. Al utilizar un transporte en modopaquete, los recursos radio son utiliza-dos únicamente mientras se transmitecada paquete y no durante todo el tiem-po de la llamada. Los tiempos de silen-cio, que pueden ser largos en una típi-ca sesión Internet, no consumen nin-gún recurso radio.

■ Familia Alcatel 9800:Transporte de PaquetesExtremo-a-Extremo

La familia Alcatel 9800 proporciona ser-vicios portadores en modo circuito parael acceso a redes de telecomunicacióntradicionales (RTB, RDSI) y a redes dedatos. Esto permite ofrecer una gran va-riedad de servicios al usuario final: tele-fonía, datos en banda vocal, RDSI, líne-as alquiladas digitales, etc.

Las aplicaciones de datos en gene-ral, y el acceso a Internet en particu-l a r, están intrínsecamente orientadosal funcionamiento en modo paquete, loque hace que un transporte en modocircuito no sea el más eficiente encuanto al aprovechamiento de los re-cursos. Este problema, que no es espe-cialmente grave en las redes de accesobasadas en pares de cobre con un cir-cuito físico dedicado a cada usuario,a d q u i e re gran importancia en las re d e sde acceso inalámbricas, en las que losrecursos radio son escasos y deben sercompartidos por numerosos usuarios.

La familia A9800 utiliza tecnologíaDECT para proporcionar acceso a losabonados en una configuración de ac-ceso inalámbrico (WLL). Utilizandolos perfiles de servicios de datos DECTnormalizados por el ETSI [7], la fami-lia Alcatel 9800 proporciona serviciosp o r t a d o res de paquetes para el sopor-te eficiente de aplicaciones de datos,tales como acceso a Internet e inter-conexión de LAN. Al mismo tiempo,los servicios en modo circuito (porejemplo, telefonía y RDSI) pueden

compartir el espectro con los serviciosen modo paquete.

Otros productos de acceso inalám-brico de Alcatel se describen en el artí-culo de J. García Sánchez, publicado eneste mismo número.

■ Arquitectura Alcatel 9800

La Figura 5 re p resenta la arquitectu-ra general de la familia Alcatel 9800con abonados DECT y servicios en mo-do paquete.

En las dependencias del usuario,una terminación DECT (WNT, Wi re-less Network Termination) proporcio-na los interfaces de servicio. Para elmodo paquete DECT se ha previsto untipo de WNT que incluye dos puertos:uno telefónico analógico y otro de da-tos de tipo Ethernet, con lo que se per-miten comunicaciones independientesy simultáneas de voz y datos.

Como terminal de usuario para ac-ceso a Internet se ha supuesto un or-denador personal (PC) de tipo compa-tible con un software estándar (Wi n-dows 3.1 o posterior) y equipado conuna tarjeta de comunicaciones Ether-net. Esto supone un cierto cambio dementalidad respecto a los usos actua-les en entornos residenciales, en losque la mayoría de usuarios utilizanmódems conectados por puerto serie y,en menor medida, tarjetas de accesobásico RDSI.

El interfaz Ethernet se ha elegidoporque es capaz de aprovechar al má-ximo los picos de tráfico de 552 Kbit/so f recidos por los servicios de datos deDECT y de permitir configuracionesde red local, una característica muyútil especialmente para entornos depequeña empresa. Además, Ethernetes un estándar de amplia utilizaciónpara comunicaciones de datos y lastarjetas para PC de la variante 10BaseT se pueden adquirir por el mismo omenor precio que las tarjetas de mó-dem o RDSI.Las WNT se comunican con las esta-ciones radio terminales (RST) me-diante el interfaz aire que sigue la nor-ma ETSI DECT RAP, permitiendo al-cances de hasta 15 Km. desde la esta-ción base. Las RST, que incluyen las

253


254

bases y controladores DECT, concen-tran el tráfico de los abonados inalám-bricos hacia las autopistas digitales in-ternas del sistema.

La Estación Base Central (XBS), re a-liza el control global del sistema y facilitalos interfaces de red y de OAM (Opera-ción, Administración y Mantenimiento).

En determinadas configuraciones dela familia Alcatel 9800, es posible ex-tender la cobertura geográfica utilizan-do un interfaz radio adicional de micro-ondas punto-a-multipunto (M-PMP)entre un punto central y diversas esta-ciones remotas (hasta 128). En ese ca-so, se utiliza un protocolo propietarioTDM/TDMA (Time Division Multi-p l e x / Time Division Multiple Access)capaz de transportar tráfico tanto enmodo circuito, como en modo paquete.En el punto central, la unidad RSC (Ra-dio Station Central) realiza la termina-ción del protocolo M-PMP.

La estación de OAM (OMS), conec-tada a la XBS, se utiliza para la confi-guración del sistema, pruebas y gestiónde alarmas.

Los recursos del sistema se re p a r t e ne n t re los servicios en modo circuito y enmodo paquete. Este reparto se gestionade forma dinámica y sin necesidad derealizar ninguna pre-asignación fija aun tipo u otro de tráfico. En el lado dered, el sistema ofrece dos tipos de inter-faz: V5.x hacia las redes RTB o RDSI, yun interfaz de datos tipo Frame Relay.Los dos tipos de tráfico mencionados sedistribuyen hacia los dos tipos de inter-faz, enviándose el tráfico de circuitos

hacia las redes RTB o RDSI, y el de pa-quetes hacia la red de datos.

Esta estrategia tiene dos ventajaspara el operador. En primer lugar, seelimina el riesgo de bloqueo en la cen-tral local por el tráfico Internet y, en se-gundo término, se garantiza un trans-porte extremo-a-extremo en modo pa-quete, eliminando innecesarias conver-siones circuito-paquete o viceversa.

Tipos de servicio

La familia Alcatel 9800 ofrece los si-guientes tipos de servicios de paquetespara abonados inalámbricos:

• LAN remota.• LAN remota con emulación de sesión.• PPP sobre LAN.

Estos tipos de servicio se describenbrevemente a continuación.

LAN remota El sistema Alcatel 9800 se comportacomo un puente remoto entre dosLAN IEEE 802.3, una en las depen-dencias del usuario y otra en las de-pendencias centrales de la compañía.Se dispone de interfaces Ethernettanto en la WNT (lado usuario) comoen la XBS (lado red). El sistema Alca-tel 9800 proporciona transporte trans-p a rente de tramas IEEE 802.3 entre ,por ejemplo, un router conectado a laXBS y un PC conectado a la WNT. LaFigura 6 muestra la pila de protoco-los corre s p o n d i e n t e .

Para cada usuario del servicio, seestablece una conexión virtual semi-permanente entre la WNT y la XBS.Esta conexión no consume re c u r s o sradio ni en el interfaz DECT ni en elM - P M P, cuando no hay tráfico a en-v i a r. A cada conexión virtual internase le asigna un identificador de cone-xión único.

Tanto en la WNT como en la XBS,el sistema realiza filtrado de tráficopara evitar ser cargado con el tráficode la LAN local del usuario (por ejem-plo, intercambios de PC a impre s o r a ) .Dado que el sistema Alcatel 9800 tra-baja en Capa 2 únicamente, puedeaceptar cualquier protocolo de capass u p e r i o re s .

LAN remota con emulación de sesiónCuando se utilizan circuitos conmuta-dos (módem o RDSI) para el acceso aInternet, se dispone de una serie deprotocolos y procedimientos para fa-cilitar el control y gestión de usuariosque no están conectados de formapermanente al servicio. Así, la señali-zación telefónica convencional se uti-liza para el establecimiento y libera-ción de la llamada, y el PPP (Point toPoint Protocol) y otros protocolos decontrol de red (NCP) relacionados, seutilizan para la autentificación, selec-ción de servicio, asignación dinámicade direcciones IP, etc.

Los interfaces de datos de alta velo-cidad, como Ethernet, no suelen incor-porar protocolos de señalización paracontrol de llamadas. Además, el proto-colo PPP no está soportado actualmen-te sobre interfaces Ethernet. Todo estolleva a que las facilidades mencionadasen el párrafo anterior no puedan darse,en principio, a abonados que tenganEthernet como su interfaz de acceso.

Este problema se resuelve introdu-ciendo el concepto de sesión en el en-torno LAN, mediante una aplicacióncliente-servidor llamada Servicio de Ac-ceso Remoto (RAS) que se carga en elrouter de acceso (parte servidor) y enel PC del usuario (parte cliente). Dichaaplicación emula las siguientes facili-dades de los accesos conmutados:

• Comienzo y terminación de sesión: L aaplicación cliente presenta un inter-Figura 5 - Arquitectura del Alcatel 9800.


255

faz gráfico al usuario que le permitedefinir varias conexiones (por ejem-plo, a diferentes ISPs), y comenzarlaso terminarlas pulsando sobre deter-minado icono en pantalla.

• Autorización y selección del servicio:El servidor determina si el usuarioestá autorizado o no al servicio solici-tado en base a la información propor-cionada por el mismo (por ejemplo,número marcado, identidad de usua-rio, palabra clave, etc.). En caso afir -mativo, se selecciona la red y/o servi-cio correspondiente.

• Asignación de dirección IP: Se puedeasignar una dirección IP temporal alusuario que se libera al final de la se-sión, optimizando así el uso del rangode direcciones IP.

De esta forma, el escenario de accesoInternet usual en los abonados conmu-tados puede mantenerse cuando éstosdisponen de interfaces de datos de altavelocidad, tal como el Ethernet.

PPP sobre LANEste servicio proporciona un soportecompleto del protocolo PPP parausuarios con interfaces Ethernet, deigual manera que con conexiones deacceso conmutado. Como se ha indi-cado anteriormente, el protocolo PPPno forma parte de los protocolos decomunicación en PCs provistos de in-terfaces Ethernet. Para resolver esteproblema se utilizan protocolos espe-ciales, llamados túneles, para trans-portar las tramas PPP entre el PC delusuario y el router de acceso.

La Figura 7 re p resenta el diagramade protocolos extre m o - a - e x t remo; se uti-

lizan dos datagramas IP anidados (unotransportando al otro), en cada comuni-cación entre el PC y el router de acceso.El primero (IP1), que utiliza un rangoprivado de direcciones, es necesario pa-ra transportar el protocolo túnel y el PPPs o b re él. El segundo (IP2), que es el ver-dadero datagrama de usuario, incluye lad i rección asignada mediante el PPP pa-ra la sesión en curso.

En el mundo Internet se utilizan di-versos protocolos túnel, tales comoPPTP (Point to Point Tunneling Proto-col) o L2TP (Layer 2 Tunneling Proto-col). Algunos de ellos son propietarios,mientras que otros han sido normaliza-dos por el IETF (Internet EngineeringTask Force). El servicio PPP sobre LANre q u i e re armonización en los protocolostúnel utilizados en el PC y en el router deacceso. Actualmente, Microsoft soportaPPTP en Windows 95 y Windows 98 y seespera que soporte L2TP en el futuro.

Escenarios de aplicación

Estos servicios re p resentan una solu-ción clara y sencilla que puede aplicar-se en aquellas situaciones en las que unoperador de telecomunicación quierafacilitar un acceso eficiente a difere n-tes centros de negocio o ISPs. Puedenutilizarse en áreas o países desarrolla-dos por nuevos operadores que no dis-pongan de infraestructura de acceso, oen áreas nuevas para tener un desarro-llo rápido de infraestructura de accesopara datos. La infraestructura inalám-brica del operador de la red se compar-te entre los ISPs y las compañías quequieran facilitar de acceso remoto a losusuarios de la zona. De esta manera, se

benefician tanto el operador de la re d ,que obtiene un rápido retorno de la in-versión, como las compañías o ISPs, queno necesitan desplegar o pre o c u p a r s ede la infraestructura de acceso.

El servicio básico de LAN remota, da-da su capacidad limitada en términos degestión de usuarios y sesiones, es enprincipio más adecuado para redes cor-porativas, tal y como se ilustra en la F i-gura 8. El router de acceso puede dirigirlos paquetes al destino correcto basándo-se en la dirección IP, pero todas las fun-ciones de autentificación y seguridad de-ben ser realizadas por los sistemas pro-pios de la corporación (por ejemplo, fire-walls). Es posible realizar asignación di-námica de direcciones IP desde el routerde acceso, mediante el protocolo DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol),habitual en el mundo IP.

El servicio de LAN remota con emu-lación de sesión puede tener un usomás general, dado que las funcionesque realiza el router de acceso se ase-mejan más a las que se encuentran enaplicaciones de acceso público a Inter-net. Un escenario típico se ilustra en laFigura 9, en la que un operador de re dproporciona concentración de tráficopara ISP´s o empre s a s .

El router de acceso termina los pro-tocolos de Capa 2 y concentra el tráficode abonados inalámbricos dispersos. Apartir de ahí, presenta transportes dedatos concentrados e individualizados acada uno de los ISPs o corporaciones alos que atiende. Además de ello, el rou-ter de acceso puede realizar las funcio-nes básicas de autentificación, autoriza-ción y tarificación en re p resentación decada ISP. Esto se hace en el llamado mo-do “proxy” o delegado. El router de acce-so recibe los parámetros básicos delusuario y los encamina a su unidad degestión (MU, Management Unit). La uni-dad de gestión (MU), a su vez, re t r a n s-mite los parámetros al centro de gestióndel servicio (SMC, Service ManagementC e n t re) del correspondiente ISP me-diante un protocolo estándar (por ejem-plo, Radius). Tras consultar su base dedatos interna, el SMC confirma o re c h a-za la petición del usuario.

Finalmente, los escenarios de aplica-ción basados en el servicio PPP sobreLAN son muy parecidos al anterior con la

Figura 6 - Pilas de protocolos para el servicio LAN remota.

principal diferencia de que las funcionesde autentificación, autorización, tarifica-ción y asignación de direcciones IP se re-alizan mediante el uso del protocolo es-tándar PPP, en lugar de mediante unaaplicación dedicada.

■ Posibles mejoras del DECT

La División de Sistemas de Acceso deAlcatel, en estrecha colaboración con

el Centro de Investigación Corporativo,ha iniciado un programa de mejoras delDECT (llamado DECT+), con los si-guientes objetivos:

• Reducir el coste por usuario.• Incrementar la capacidad de tráfico

(para voz y datos).• Mejorar la fiabilidad y calidad de ser-

vicio.• I n c rementar las capacidades de datos: 64

Kbit/s en un intervalo de tiempo DECT.

• Mantener compatibilidad hacia atrás.

Estos objetivos deben ser satisfechos a lavez que se minimizan tanto los costes dedesarrollo, como el impacto de los cam-bios en los elementos hardware o softwa-re existentes.

El DECT+ con modulación /4 DQPSK,o f rece unas mejores prestaciones para a-plicaciones de datos, en general, y para es-quemas basados en paquetes, en particu-l a r. Esto es así al ser posible transmitir 64Kbit/s protegidos por un intervalo de tiem-po DECT, en lugar de los 24 Kbit/s actua-les (32 Kbit/s sin protección). Esto permi-te un pico de 1.472 Mbit/s en modo paque-te, frente a los 552 Kbit/s actuales, lo quere p resenta un factor de mejora de 2,66.

■ Conclusiones

El estándar DECT ofrece capacidadessuficientes para poder desarrollar e im-plementar soluciones eficientes para a-plicaciones Internet en sistemas de ac-ceso radio. Alcatel está actualmente de-sarrollando un producto de estas carac-terísticas al objeto de satisfacer dos ob-jetivos: por un lado, poder proveer dem e j o res servicios a los abonados y, por o-tro, proporcionar una mejor utilizaciónal operador de los recursos del sistema.Las soluciones para proveer datos enmodo paquete re p resentarán, por otraparte, la oportunidad de poder desarro-llar el mercado de los productos de ac-ceso radio en los países desarrollados.

■ Referencias

1 ASD-MBD and Competition Analysis:“Internet over WLL: Market Figures”,Abril, 1998.

2 Alcatel Corporate Research CenterRadiocommunications, Madrid: “In-ternet Traffic Trends”, Mayo 1998(en español).

3 N S F N E T: “History of Usage by Service”.Statistics found at ftp://nic.merit.edu/n s f n e t / s t a t i s t i c s / h i s t o r y.ports, 1995.

4 T. Bray: “Measuring the Web”, FifthInternational World Wide Web Confe-

256

Figura 7 - Pilas de protocolos para el servicio PPP sobre LAN.

Figura 8 - Escenario del servicio LAN remota.

Figura 9 - Concentración de tráfico IP.



rence, found at http://www5conf.in-r i a . f r / f i c h _ h t m l / p a p e r s / P 7 / O v e r-v i e w.html, París, Mayo 1996.

5 A. Woodruff y otros: “An investigationof Documents from the World Wi d eWeb”, Fifth International World Wi d eWeb Conference, found at h t t p :/ / w w w 5 c o n f . i n r i a . f r / f i c h _ h t m l / p a p e r s /

5 P 7 / O v e r v i e w.html, París, Mayo 1996.

6 ETSI: “ETS 300 765 Radio local loopAccess Profile”, 1998.

7 ETSI: “ETS 300 701 Data ServicesProfile, generic frame relay servicewith mobility” (Service Types A andB, Class 2), 1996.

J. Navarro Vicedo es ingeniero desistemas senior en la organización deIngeniería del Centro de Competenciade Acceso Radio de Alcatel ASD enMadrid. Actualmente, es jefe dep royecto para el desarrollo de nuevasp l a t a f o rmas en los productos deacceso radio.

V. Quílez Sánchez es responsable delD e p a rtamento de Sistemas en lao rganización de Ingeniería del Centrode Competencia de Acceso Radio deAlcatel ASD en Madrid. Asimismo, esel responsable de coordinar lap a rticipación de Alcatel en tareas deestandarización de acceso radio.

257

EFICACES SOLUCIONES DE ACCESO CONTECNOLOGÍA INALÁMBRICA

J. GARCÍA SÁNCHEZ Los productos de acceso inalámbrico de Alcatel sepueden usar en la creación de una amplia gamade soluciones que satisfagan las necesidades de

operadores y clientes.

■ Introducción

Hoy en día, el mercado de las teleco-municaciones está sufriendo cambioscon una velocidad tan vertiginosa,que hace difícil prever cuál será su fu-turo en los próximos años.

Por una parte, la mayor competitivi-dad generada en los servicios, dentrode un mercado cada vez más global y li-beralizado, está ofreciendo oportuni-dades a nuevos operadores, no perte-necientes al club de los tradicionales,para entrar en la batalla de los servi-cios de telefonía básica y datos, dadoque se sienten atraídos por los buenosmárgenes de negocio existentes. Estees el caso, por ejemplo, de los operado-res de cable, tradicionalmente involu-crados en el negocio de la difusión TV,o de los proveedores de servicio Inter-net que ven el servicio telefónico comouno más a añadir a las posibilidadesque ya proporcionan a través de e-mailo de los navegadores de la WWW.

El desarrollo de la microelectróni-ca, por otro lado, ha permitido desa-rrollar chips VLSI de altas pre s t a c i o-nes a costes reducidos y ha estimuladola caída de precios en todas las aplica-ciones basadas en ellos como, porejemplo, los Ordenadores Personales yla telefonía celular.

Un tercer factor a considerar, es lap r o g resiva integración entre informá-tica y telecomunicaciones. Es raro eldía en que no tenemos noticias deacuerdos entre grandes fabricantesde ambos sectores para desarrollarprogramas conjuntos. Un reflejo de

esta situación es el programa WA P( Wi reless Application Protocol) quep retende definir un estándar abiertopara desarrollar aplicaciones, esen-cialmente móviles, sobre redes de co-municaciones inalámbricas. En esteprograma, además de Alcatel, figuranotros grandes y conocidos suministra-d o res de informática y telecomunica-ciones e importantes operadores talescomo Unwired Planet, AT&T Wi re l e s sServices, BellSouth, DDI, Ericsson,Nokia, Fujitsu, Hong Kong Te l e c o m ,IBM, Motorola, Sansumg, SBC y Te l e-com Italia, los cuales son, entre otros,miembros del WAP Forum.

Sin embargo, todo lo anterior no esmás que una cara de la moneda. Laotra resulta algo más inquietante. Esla de aquellos países en vías de desa-rrollo donde, para muchos de sus habi-tantes, Internet o los servicios multi-media suenan a ciencia ficción, y don-de algunos de ellos no han re a l i z a d oen su vida una llamada telefónica.

Según un informe reciente de laUIT [1], de los 1.500 millones de ho-g a res que existen en el mundo sólo un35% disponen de servicio telefónico(94% en el mundo desarrollado, 16%en los países emergentes, y 8,5% enpaíses con ingresos más bajos). Esteporcentaje podría aumentar al 55% siel servicio estuviese disponible en unmodo uniforme y el precio fuera ase-quible. Las tecnologías de acceso ina-lámbrico son vistas, en el mismo in-forme, como el medio para conseguirun objetivo ambicioso: el de crecer enteledensidad en más de un 50% para

finales del 2010 en los países en víasde desarrollo y en más del 20% en lospaíses con ingresos más bajos.

■ Evolución de los Serviciosen las Redes de AccesoInalámbricas

La tecnología analógica MPMP (Pun-to-a-Multipunto por Microondas) seempezó a emplear desde los princi-pios de los años ochenta; más tarde, afinales de la década, se introdujo latecnología digital, que fue diseñadapara proporcionar servicios de telefo-nía a usuarios de zonas aisladas o re-motas (baja densidad) y proporcionarlos mismos servicios que los teléfonosconvencionales de conexión por cable( t r a n s p a rencia y calidad de voz).

Sin embargo, ha sido la movilidadde los usuarios el factor impulsor enel desarrollo de las tecnologías ina-lámbricas. Múltiples tecnologías deacceso inalámbrico se han desarrolla-do como un medio eficaz para propor-cionar movilidad a los usuarios. Coneste objetivo, las tecnologías celulare sbajo distintos estándares analógicos( N M T, TACS, AMPS, etc.) y digitales(D-AMPS, IS-136, GSM, DCS, IS-95,PCS/PCN, etc.) se han ido sucediendocon el objetivo de garantizar el servi-cio móvil compartido por un númerocada vez mayor de usuarios en esce-narios típicamente urbanos y con re-cursos de espectro limitados.

Aunque en un principio estos es-t á n d a res estaban focalizados en pro-

258

EFICACES SOLUCIONES DE ACCESO CON TECNOLOGÍA INALÁMBRICA

Tabla 1 - Datos de mercado WLL en 1996 y 1997.

porcionar voz y fax con calidad infe-rior a los niveles requeridos para apli-caciones fijas, hoy están evolucionan-do para acceder al enorme mercadode las aplicaciones fijas con bucle ina-lámbrico (WLL), y ello con dos objeti-vos prioritarios:

• En los países emergentes se necesi-ta incrementar la teledensidad.

• En los países desarrollados el acce-so a Internet, la transmisión demensajes, la telecompra y el teletra-bajo son los servicios móviles másd e m a n d a d o s .

Como un ejemplo relevante del pri-mer caso podemos citar Filipinas,donde la teledensidad era, a finalesde 1996, de alrededor del 2%. Un 35%de las líneas instaladas se habían ob-tenido empleando tecnologías celula-res. Otros países como China, Colom-bia, Tailandia, Malasia o Sudáfrica,todos ellos con teledensidad inferioral 20%, han proporcionado acceso alos usuarios empleando estas mismastecnologías en porcentajes variablesque van desde un 10% (China, Colom-bia), a un 35% (Filipinas, Líbano, Ta i-landia, Malasia) [1].

A estas tecnologías, y desde el ini-cio de los años noventa, se han idoañadiendo otras denominadas “cord-less” bajo distintos estándares (CT- 2 ,Digital Enhanced Cordless Te l e c o m-munication, o Personal HandyphoneSystem). El objetivo inicial de estastecnologías consistía en ofrecer solu-ciones de bajo coste de acceso ina-lámbrico de calidad equivalente a laplanta exterior, con baja movilidad deusuario y cobertura restringida (ho-g a res, oficinas). Desde entonces, esastecnologías han probado su enormecapacidad para aplicaciones públicasfijas y de movilidad limitada. En Ja-pón, PHS está proporcionando un ser-vicio de movilidad limitada para másde siete millones de usuarios; en1997, DECT era la tecnología lídermundial para líneas inalámbricas fi-jas, con un 31% del mercado. La ca-racterística común de esas tecnologí-as es que ofrecen una alta capacidadde tráfico, basada sobre un conceptopico-celular (celdas con un radio de

unos pocos cientos de metros). No sehace necesaria la planificación de fre-cuencias gracias a mecanismos deasignación dinámica de canales dis-p o n i b l e s .

Estas tecnologías proporcionanuna alta calidad de voz equivalente ala obtenida con la planta exterior y lacapacidad de proporcionar serviciosRDSI, así como transmisión de datosde alta velocidad, tanto en modo cir-cuito como en modo paquete, lo quelas hace muy convenientes en las apli-caciones de acceso a Internet. Aun-que estas tecnologías tienen un rangode cobertura limitado en la distancia,la combinación de estas con otras tec-nologías como las Punto-Multipunto(PMP), extiende su nivel de compe-titividad con otras tecnologías ina-lámbricas en todos los escenarios po-sibles, desde el rural hasta el urbanocon alta densidad de usuarios.

Existen, además, otras tecnologíasdenominadas propietarias cuyo objeti-vo es el de proporcionar servicio fijoen entornos bien definidos, optimizan-do los recursos para obtener costescompetitivos en los mismos. Estas tec-nologías no se basan en estándare s ,así que no pueden disfrutar de las eco-nomías de escala y, además, no tienens u m i n i s t r a d o res alternativos lo quelas hace poco atractivas para los ope-r a d o res. Sin embargo, resuelven deuna manera rápida y puntual determi-nadas exigencias de despliegue rápi-do, sobre todo en los entornos ruralesy suburbanos, proporcionando serviciobásico, datos y hasta RDSI. En la Ta-bla 1 y en el cuadro de la Figura 1 s edan los datos de mercado de WLL enlos años 1996 y 1997, así como la dis-tribución de las líneas contratadas portecnología en dichos ejercicios.

Es importante resaltar el liderazgode DECT en 1997 y el fuerte incre-mento de líneas contratadas con elestándar IS-95 (CDMA, Acceso Múlti-ple por División de Código).

Otras tecnologías de acceso congran proyección de futuro son las ba-sadas en satélite, las cuales ya fueronextensamente tratadas en la Revistade Telecomunicaciones de Alcatel co-r respondiente al segundo trimestrede 1997.

Todas las tecnologías citadas hastaahora se pueden agrupar, desde elpunto de vista de los servicios, bajo ladenominación de tecnologías paraservicios en banda estrecha, es decir,telefonía, fax, acceso a datos e Inter-net a 64kbit/s y, excepcionalmente,acceso básico a RDSI para un númerolimitado de usuarios.

Durante los últimos años, muchase m p resas de telecomunicaciones hanrealizado numerosas pruebas de cam-po para verificar que estas tecnologí-as cumplían los requisitos WLL, entérminos de calidad de servicio yt r a n s p a rencia. El resultado ha sido unimportante crecimiento de los conoci-mientos de los operadores, estando yaen posición de elegir las más adecua-das para sus necesidades.

Para un operador, la capacidad deelección entre una tecnología u otraestá condicionada por múltiples fac-t o res, siendo los más re l e v a n t e s :

• Naturaleza del operador (tradicional,nuevo, celular, cable, proveedor deservicios).

• Estrategia a corto o largo plazo deloperador.

• Regulación del país (licencias por ti-po de servicio, bandas de fre c u e n-cias asignadas a los servicios, obliga-

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Mercado WLL 1996 1997

Contratos (líneas) 1.245.627 2.659.478

Instaladas a fin de año 628.829 1.045.908

Pendientes de instalación a fin de año 879.386 2.492.956

Total de líneas instaladas 1.069.897 2.115.805

(*) Otros Cordless = PHS y CT2; Propietarios = Ionica, Multigain, Airspan; Celular

Analógico = TACS, NMT, AMPS; Celular Digital = GSM, E-TDMA, DAMPS, etc.


ción de servicio universal, desempa-quetado), etc.

• Existencia o no de infraestructura dered del operador.

• Tipo de escenario (rango de cobertu-ra, tráfico por usuario, distribuciónde los usuarios, etc.).

• Clases de servicios para los usuariosfinales (telefonía, Voice Band Data,datos digitales, acceso a Internet,RDSI, etc.).

• Movilidad sin restricciones, baja mo-vilidad, acceso fijo o combinación fi-jo/móvil para usuarios/servicios/ter-minales.

• Seguridad de las comunicaciones(autentificación, cifrado, habilita-ción/inhibición de los servicios, etc.).

• Inversiones, gastos de operación yprecio por línea.

Con frecuencia, la decisión del opera-dor a la hora de desplegar una tecnolo-gía especifica el resultado de un com-promiso entre todos estos factore s .

El posicionamiento en el mercado delas tecnologías inalámbricas de bandae s t recha se puede ver en la Figura 2.

El crecimiento e integración de losnuevos servicios con los existentes enun único Punto de Presencia (POPs),re q u i e re mayores anchos de banda ycapacidades de los sistemas basadosen las tecnologías disponibles. Sea b re así un reto en la evolución de lastecnologías inalámbricas para compe-tir en el mercado de los servicios debanda ancha. El objetivo consiste en

poder ofrecer nuevas capacidades pa-ra el usuario final, proponiéndosenx64 kbit/s (donde 8<n<30) y mx2Mbit/s. Aumentando el ancho de ban-da del usuario final, las tecnologíasinalámbricas extienden su campo deacción a los usuarios de negocios y pe-queñas y medianas empresas que re-quieran una mezcla de servicios bási-cos y avanzados (telefonía, fax, datos,vídeo, videoconferencia, Internet/in-tranet/extranet, e-mail, etc.). Existendistintas opciones basadas en técni-cas de acceso punto-a-punto o punto-a-multipunto y en diferentes bandasde frecuencia para cubrir estas nece-sidades de los operadore s .

■ Tecnologías de AccesoInalámbrico en Alcatel

Alcatel posee un amplio catálogo deproductos de acceso inalámbrico quepermite cubrir una vasta gama de apli-caciones. En la Figura 3 se ofrece, a tí-tulo orientativo, el posicionamiento delos productos en función del coste porusuario, su distribución espacial y el ti-po de los servicios ofre c i d o s .

■ La Familia Alcatel 9800

La familia de productos de acceso ina-lámbrico Alcatel 9800 proporcionacompletas soluciones de acceso a me-dida, que soportan servicios on-line yde telecomunicaciones de alta calidad.Esta avanzada familia de productos sa-tisface tanto las necesidades de losusuarios de negocio, como las de losdomésticos en áreas pocos pobladas,urbanas y suburbanas. Emplea tecno-logía PMP en la red de retroceso, a lavez que ofrece flexibilidad en el últimopunto al usuario con:

• usuarios inalámbricos (DECT).• usuarios cableados.

Gracias al concepto de bloques modu-l a res, la familia Alcatel 9800 puedeconfigurarse para proporcionar unasolución eficaz para cualquier esce-

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Figura 1 - Mercado WLL en 1996 y 1997.

Figura 2 - Posicionamiento de las tecnologías inalámbricas de banda ancha en el mercado.


nario, como se muestra en la F i g u r a4. Se pueden encontrar más detallesen el artículo de J. Navarro Vicedo y V.Quílez Sánchez que aparece en estemismo número.

Aplicaciones

Las aplicaciones para la familia Alcatel9800 incluyen:

• Telefonía y servicios RDSI para usua-rios domésticos en áreas urbanas, su-burbanas y rurales.

• Servicios telefónicos de hasta 2Mbit/spara usuarios de negocios en áreasurbanas y suburbanas.

• Tráfico punto-a-multipunto desde unacentral urbana local a pequeñas ciu-dades, comunidades o plantas indus-triales, granjas o centros de vacacio-nes, distribuidos por una área amplia.

• Despliegue rápido de soluciones in-terinas para cumplir demandas deusuario de servicios. Este método estambién la mejor forma de propor-cionar un servicio temporal duranteuna semana o un mes.

• Red de retroceso dinámicamenteconfigurable para redes especiales,como las inalámbricas o las micro-c e l u l a re s .

• Operación en paralelo con una redexistente, por ejemplo, una red espe-cial para voz y/o comunicación de da-tos o como una ampliación para eli-minar la sobrecarga de la red.

E v o l u c i ó nd el af a m i l i aA l c a t e l9 8 0 0

La evolución de la familia Alcatel 9800incluye nuevos desarrollos sobre DECTy la integración en la misma plataformade la tecnología B-CDMA (Acceso Múl-tiple por División de Código de BandaAncha) como solución alternativa alDECT en la última milla. Estos nuevosdesarrollos son:

• Terminación multilínea de usuariocon alto nivel de integración VLSI.

• Datos de alta velocidad, permitiendoel acceso rápido Internet.

• Mejora de la eficiencia espectral connuevos esquemas de modulación.

La introducción de la tecnología B-CDMA constituye una apuesta de futu-ro para Alcatel y permitirá optimizar ye x t e n d e r, de una manera gradual ycompetitiva, su presencia en el merca-do del acceso inalámbrico con un pro-

261

Figura 3 - Visión general de los productos de acceso inalámbrico de Alcatel.

Figura 4 - Escenarios de aplicaciones para la familia Alcatel 9800.


ducto más flexible y completo. Susprincipales facilidades son:

• Factor de reutilización de frecuen-cias de una célula por cluster.

• Flexibilidad en el ancho de banda delcanal.

• Células de gran rango de cobertura.• Ancho de banda bajo demanda.

Estas facilidades están en línea con losrequisitos exigidos a las tecnologías deacceso inalámbrico de tercera genera-ción, tal y como han sido contempladospor el ETSI (Instituto Europeo de Nor-malización de Telecomunicaciones) enel marco UMTS/IMT2000.

El producto Alcatel, basado en el B-CDMA, permitirá ofrecer los siguientesservicios:

• Telefonía a 32/64 kbit/s.• VBD (Voice Band Data) hasta 28,8

kbit/s con módem; fax de Grupo 3.• Acceso Básico RDSI (BRA).• nx64 kbit/s para líneas alquiladas.• Servicios de transmisión de datos en

modo paquete. Acceso a Internet.• V5.1, V5.2 o conexión a dos hilos con

la central local• Frecuencias de trabajo en las bandas

de 1,8, 1,9 ó 3,5 GHz.

■ Alcatel 9900 WW

El Alcatel 9900 WW es un sistema radiopunto-a-multipunto de banda anchaconcebido para proporcionar acceso aclientes de tipo empresarial, así como aclientes residenciales de alto consumode servicios de telecomunicaciones. Sepueden encontrar más detalles en elartículo de M. Peruyero incluido en es-te número.

■ Alcatel 9400 LX/UX

El Alcatel 9400 es una familia de radio-enlaces digitales punto-a-punto de baja ymedia capacidad para redes PDH (Jerar-quía Digital Plesiócrona). Consta de dossubfamilias (LX y UX), según la longituddel vano y la banda de fre c u e n c i a s .

La familia Alcatel 9400 LX trabajaen las bandas de 2, 7 y 8 GHz y cubre

eficientemente zonas suburbanas y ru-rales, proporcionando capacidades detransmisión desde 2x2 Mbit/s, hasta unmáximo de 34 Mbit/s.

En contraste, la familia Alcatel 9400UX trabaja en las bandas de 13, 15, 18,23, 25 y 38 GHz y cubre eficientementezonas urbanas y suburbanas, proporcio-nando las mismas capacidades de trans-misión que el Alcatel 9400 LX.

Aplicaciones

Las principales aplicaciones del Alcatel9400 son:

• Enlaces entre controladores de esta-ciones base (BSC) y estaciones trans-ceptoras base (BTS) en sistemas ce-lulares y microcelulares.

• Acceso a redes corporativas con granconcentración de tráfico y serviciosen un punto.

• Tráfico local y regional (transmisión).

■ Alcatel 9600 LX/UX

El Alcatel 9600 es una familia de radio-enlaces digitales para redes SDH (Jerar-quía Digital Síncrona). Los equipos deradio trabajan en las bandas de 7, 8, 13,15, 18, 23, 25 y 38 GHz y son idénticos alos usados en la familia Alcatel 9400.

Estos sistemas se pueden usar paratransmitir desde 1x2 hasta 12x2 Mbit/s,en distancias comprendidas entre 7 y40 km., dependiendo de la banda defrecuencias utilizada, de las condicio-nes de propagación y del objetivo dedisponibilidad del enlace.

Aplicaciones

Esta familia se ha diseñado para latransmisión de la señal sub STM-1 (nx2Mbit/s) desde un multiplexor de inser-ción/extracción (ADM) del anillo SDHvía radio, hasta el usuario final (hogar,e m p resa, corporación) dotado de unequipo terminal FOX (Extensor de FibraÓptica). El resultado es la extensión víaradio de la red SDH hasta el extremo dela comunicación, proporcionando impor-tantes ventajas en la gestión de la re d .

En la Figura 5 se muestra un esce-nario global de aplicaciones en las que

el Alcatel 9900 se utiliza para satisfacerlas necesidades de los usuarios SOHO(Small Office/Home Office) y de nego-cios que requieren diferentes anchurasde banda.

■ Conclusiones

La situación actual de las telecomuni-caciones en el mundo muestra unafuerte dicotomía entre las necesida-des de incrementar rápidamente la te-ledensidad a bajo coste en los paísesemergentes, y las necesidades de pro-porcionar servicios avanzados (RDSI,Internet, Multimedia) en los paísesdesarrollados. La progresiva liberali-zación de los servicios está abriendoel mercado a nuevos operadores o ao p e r a d o res hasta ahora centrados enotros nichos de mercado, para compe-tir en un mercado cada vez más abier-to y globalizado. Las tecnologías ina-lámbricas permiten, en ambos casos,cubrir las distintas necesidades de loso p e r a d o re s .

La familia Alcatel 9800 está a la cabe-za en las tecnologías inalámbricas debanda estrecha. Merced a una arquitec-tura basada en bloques modulares sobreuna única plataforma, se asegura su usoen soluciones de acceso inalámbrico al-tamente competitivas en una combina-ción de escenarios, que van desde el ru-ral hasta el urbano con alta densidad deusuarios, y con una calidad equivalentea la de la planta externa de cobre. El em-pleo combinado de las tecnologías pun-to-a-multipunto y DECT ha llevado a Al-catel al liderazgo en las líneas contrata-das de acceso inalámbrico en 1997. Laintegración en la misma plataforma de latecnología B-CDMA, como alternativa dela última milla al DECT, permitirá exten-der la gama de aplicaciones de la familiaen breve plazo, con una mayor flexibili-dad en el uso de los recursos radioeléc-tricos y alcance de las células WLL.

El fuerte incremento de las necesi-dades de servicios en banda ancha enlos países desarrollados, así como laprogresiva apertura a la competitividaden estos mercados, representa un retopara el acceso inalámbrico en Alcatel.Las familias Alcatel 9400 y Alcatel 9600de radio enlaces punto-a-punto para

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redes PDH y SDH, junto al Alcatel 9900,representan soluciones de acceso mo-dernas, flexibles y eficaces para cubrirlas necesidades actuales, tanto de pe-queñas y medianas empresas como degrandes corporaciones.

■ Referencias

1 World Telecommunication Develop-ment Report 1998: Universal Ac-cess. International Te l e c o m m u n i-cation Union.

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Figura 5 - Escenario global de aplicaciones del Alcatel 9900.

J. García Sánchez trabaja enComunicación y Análisis de Merc a d oen Access Systems Division del Centrode Competencia de Acceso Radio deAlcatel en Madrid, España.

Tabla 1 - Aplicaciones proporcionadas por los sistemas de satélites.

N U E VAS TECNOLOGÍAS PARA SISTEMASTERRESTRES DE COMUNICACIONES POR SAT É L I T E

E. DENOYERR. VOURC'H

El crecimiento de las grandes redes de comunicaciones por satélite requiere de

nuevas tecnologías para los servicios de banda estrecha y banda ancha.

■ Introducción

Los sistemas terre s t res de comunica-ciones por satélite constituyen un mer-cado fuerte y creciente y se encuentradirigido, hábilmente, por importantesproyectos para el despliegue de vastasredes regionales o mundiales.

Estos programas constituyen un sig-nificativo avance respecto a los tradi-cionales sistemas de redes VSAT (Ve r ySmall Aperture Terminals), ya que elnuevo mercado no se limita a empre s a se instituciones, sino que se dirige tam-bién a los usuarios domésticos. Estecambio dirigido al mercado de masas,

ya aparente en el campo de los siste-mas de difusión directa vía satélite, seestá convirtiendo en una norma paramuchos tipos de redes que proporcio-nan servicios que van desde la radio-búsqueda, hasta los más complejos ac-cesos multimedia ( Tabla 1).

■ Nuevas Tecnologías deSistemas

Telefonía rural

Los sistemas de telefonía rural basa-dos en satélites usan arquitecturas

muy parecidas a las de los sistemasconvencionales de bucle local ina-lámbrico de banda estrecha. Casi to-dos esos sistemas son redes celulare sque conectan terminales de usuario apuntos de conmutación. En las re d e smás sofisticadas, unos servidores adi-cionales ofrecen servicios de valorañadido tales como correo vocal, tar-jetas telefónicas de previo pago, y laopción de comprobar la cuenta tele-fónica en tiempo re a l .

Sin embargo, los enlaces por saté-lite geoestacionario tienen una seriede características que hacen imposi-ble el uso de tecnologías de radio te-

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Sistemas de comunicaciones por satélite Aplicación Equivalente terrestre

Pequeños LEO (órbita baja): Radiobúsqueda, e.mail, Redes de radiobúsquedaOrbcomm, LEO-one, E-sat, ... etc.

Servicios de grandes satélites móviles LEO: Telefonía móvil Redes celularesGlobalstar, Iridium, ICO, ...

Servicios de satélites regionales fijos Telefonía rural Líneas cableadas geoestacionarios: X-Press, M2A Bucle local inalámbrico

Servicios de satélites regionales móviles Telefonía móvil Redes celularesgeoestacionarios: ACeS, Thuraya, APMT, ...

Supersistemas mundiales de satélites Comunicaciones de datos Fibra óptica, ADSL (línea de abonado digitalgeoestacionarios: Cyberstar, Expressway, a gran velocidad; asimétrica), LMDS (servicios de distribución Astrolink … vídeo bajo demanda. local multipunto), etc.

LEO de banda ancha: Internet de alta velocidad: Fibra óptica, ADSL, LMDS, etc.SkyBridge, Teledesic, ... datos a alta velocidad, etc.

N U E VAS TECNOLOGÍAS PARA SISTEMAS TERRESTRES DE COMUNICACIONES POR SAT É L I T E

r re s t res en dichos sistemas. Estas ca-racterísticas son básicamente el re-tardo en la transmisión y el coste dela banda utilizada.

Retardo en la transmisiónLa transmisión a través de un satélitegeoestacionario añade un retardo deunos 300 milisegundos al tiempo totalempleado en todo el sistema; esto esdos veces más que en un enlace te-r re s t re. Con estas condiciones, al ha-ber muchos saltos dentro del sistemade acceso, hay una gran penalización(la señal de voz debe pasar por el sa-télite sólo una vez, independiente-mente de la llamada solicitada).

Esto es un problema obvio para lla-madas entre dos abonados de unamisma red rural, estén en la mismacelda de radio o no. En este caso, elpropio sistema de acceso debe inter-venir en el proceso de conmutaciónpara establecer un enlace de radio di-recto entre dos terminales de usua-rio, al tiempo que permanece bajocontrol del punto de conmutación. Enel caso de grandes redes interna-cionales, esto significa evitar a lostradicionales enlaces terre s t res. Des-de el punto de vista técnico, este tipode operación se logra asignado áre a sde cobertura mundial en toda la red ydiseñando los elementos de radio pa-ra que cada terminal pueda estable-cer un enlace directo con cualquierotro terminal. También se re q u i e re nsofisticadas técnicas para el interfun-cionamiento entre los puntos de con-mutación y los subsistemas de radio.

Alcatel ha desarrollado una ver-sión modificada de la interfaz V5.2del ETSI (Instituto Europeo de Nor-malización de Te l e c o m u n i c a c i o n e s )que permite dicho interfunciona-miento sin una significativa pérdidade servicio suplementario (llamadasde conferencia a tres, extensión dellamadas, correo de voz, acceso a ser-v i d o res, etc.).

Usando estas funciones, algunoso p e r a d o res también pueden pedir unmecanismo de enrutamiento al me-nor coste para permitir el estableci-miento automático de un enlace deradio entre un terminal de usuario yel punto de conmutación más cerca-

no al destino de la llamada. El objeti-vo es reducir los costes de intercone-xión, pero esto puede dar como re s u l-tado, en algunas grandes redes rura-les, el estar a medio camino entreuna transmisión local y una de largoa lc a n c e .

Existen muchas implicaciones téc-nicas, en particular:

• La presencia de una subred de se-ñalización entre las celdas (similara la de una red telefónica móvil).

• La necesidad de funciones de tránsi-to en los puntos de conmutación.

• Un grado de complejidad en las es-taciones de conexión, ya que debeexistir un número limitado en lared; las estaciones deben ser porello de muy alta capacidad, sirvien-do normalmente a más de 50.000u s u a r i o s .

Coste de la banda usadaSi se compara con los sistemas de ra-dio terre s t res, la banda usada porllamada en un sistema de satélites esmuy costosa (menor reutilización def recuencias, la carga del diseño de laestación de radio, las limitadas tec-nologías de satélite, etc.). Por ello,minimizar la velocidad utilizada pa-ra transportar los diferentes servi-cios es un factor clave para la com-petitividad de los sistemas. Esto tie-ne dos importantes consecuenciast e c n o l ó g i c a s :

• Desarrollar sofisticadas técnicas decodificación en la fuente (voz, fax,d a t o s ) .

• Usar métodos de acceso que permi-tan establecer circuitos de baja ve-l o c i d a d .

En los últimos cinco años, ha habidoun considerable progreso en las técni-cas de codificación de voz, dirigidoinicialmente por las redes telefónicasmóviles y, más recientemente, por losgrandes sistemas rurales. En la actua-lidad, se suelen alcanzar unos re s u l t a-dos aceptables (MOS1 mayor de 3,5)con codificadores de velocidades de4,8kbit/s; la utilización de codificado-res de 2,4kbit/s en redes públicas deacceso ya ha sido anunciada.

La demodulación y re m o d u l a c i ó nde las señales de fax se emplean siste-máticamente en todos los sistemas.

Finalmente, la detección y procesodel tráfico Internet parece ser vital pa-ra prevenir la excesiva pérdida de la ca-pacidad asociada con la utilización decircuitos telefónicos permanentes deacceso a servicios como el correo elec-trónico y la navegación por la web.

En la mayoría de los casos, estasformas de codificación en la fuentellevan a circuitos con una velocidadefectiva por debajo de los 8kbit/s, locual, debido a la complejidad de losfiltros y a la estabilidad de la fre-cuencia de re f e rencia, ya no es com-patible con los métodos de re p a r t odel tipo SCPC (un canal por portado-ra). Los últimos sistemas ya se orien-tan al uso de técnicas de reparto máscomplejas que permiten utilizar por-tadoras con velocidades de decenasde kbit/s, combinando FDMA (accesomúltiple por división de fre c u e n c i a s ) ,TDMA (acceso múltiple por divisióndel tiempo) y/o CDMA (acceso múlti-ple por división de código).

Así, por ejemplo, el sistema Aquilautiliza una técnica FDMA/TDMA (verartículo de J. Bléret, J.-P. Dehaene yP. Labaye en el número de esta Revis-ta correspondiente al segundo tri-m e s t re de 1998).

■ Acceso de Banda Ancha

Las consideraciones gemelas de re t a r-do en la transmisión y optimización dela capacidad son también aplicablesen los sistemas de acceso de bandaancha basados en satélites, pero cond i f e rentes problemas y diferentes so-luciones tecnológicas. Aparte de unospocos proyectos avanzados que utili-zan satélites geoestacionarios con ca-pacidad de conmutación a bordo, yase está considerando el poder dividirlos sistemas en dos categorías:

• Redes basadas en una infraestruc-tura de radiodifusión de TV digitalcon satélites geoestacionarios.

• Redes que utilizan constelacionesde satélites LEO (de órbita baja),como SkyBridge y Te l e d e s i c .

265


Sólo la primera categoría será consi-derada en este artículo, las redes delsegundo tipo se trataron ampliamen-te en un artículo de P. Sourisse y H.S o r re publicado en el número de estaRevista correspondiente al segundot r i m e s t re de 1997. La idea básica estomar un sistema de radiodifusión deTV digital, que ya proporciona servi-cios de transmisión de datos y de con-trol de acceso, y añadirle los canalesde retorno de satélite. Esto da comoresultado una red en la que el seg-mento de llamadas entre la estaciónde acceso y el terminal de usuario sebasa en la tecnología estándar DVB(Digital Video Broadcast).

En principio, la dirección contra-ria es comparable a la de los sistemasLMDS (Local Multichannel Distribu-tion Service), pero, como en el casode la telefonía rural, la utilización desatélites geoestacionarios introduceuna serie de peculiaridades que ex-cluye la transferencia directa de lastecnologías de radio terre s t res. Elpunto crucial de estos sistemas es laeficacia del mecanismo que asocia di-námicamente la capacidad de trans-misión para cumplir con la demanda,en términos de volumen de tráfico.

Cuando el tráfico no varia mucho–como en los sistemas de velocidadconstante (CBR) o velocidad no es-pecificada (UBR) que transportanceldas ATM (modo de transfere n c i aasíncrono)– el mecanismo adoptadof recuentemente sólo reserva circui-tos cuando se establece la conexión.Sin embargo, aún se necesita adap-tar las ventanas de los protocolos y,si fuera necesario, introducir un me-canismo que soporte el re c o n o c i-miento selectivo o paralelo para evi-tar una excesiva degradación de lasp re s t a c i o n e s .

En el caso de tráfico esporádico–velocidad disponible (ABR) o tran-saccional– los sistemas rápidamenteadaptables no se pueden utilizar conlos satélites, debido al retardo de latransmisión. Entonces se hace necesa-rio introducir algoritmos específicospara asignar la capacidad, como losmecanismos de predicción basados enun conocimiento razonable del conte-nido de la información a transmitir.

■ Estaciones de Acceso

Las estaciones de acceso de las re d e sde acceso de satélites son parecidas alas estaciones base de las redes celu-l a res terre s t res. Como hemos visto, sed i f e rencian en su alta capacidad y re-lativa complejidad.

Los principales programas de saté-lites han dado una nueva vida al con-cepto de nodos de transmisión por sa-télite muy grandes, tan grandes ycomplejos como los de los antiguoscentros espaciales de telecomunica-ción de los años 70. Estas grandes es-taciones tienen que acomodar siste-mas de conmutación de gran capaci-dad (normalmente de más de 50.000líneas), facilidades de intercambiode intervalos de tiempo, y ordenado-res rápidos (capaces de procesarcientos de transacciones por segun-do) para gestionar recursos, sistemasde transmisión (codificadores enfuente, módems) con miles de circui-tos, y los correspondientes re c u r s o sde gestión. Las soluciones tecnológi-cas a estos problemas son las de losgrandes nodos de conmutación:

• C o n m u t a d o res como los utilizadosen las redes públicas (por ejemplo,el conmutador Alcatel 1000 E10 seutiliza en todas las estaciones deacceso de Globalstar).

• E n r u t a d o res y unidades de inter-cambio de intervalos de tiempo dealta capacidad.

• Redes de área local rápidas: Ether-net de 100 Mbit/seg, FDDI (red dedistribución de datos por fibra ópti-ca) o AT M .

• O r d e n a d o res rápidos y tolerantes alos fallos.

• Plataformas de proceso de señal dealta capacidad y módems multipor-t a d o r a .

La parte de radiofrecuencia de las es-taciones de acceso no presenta nin-gún problema tecnológico para lossatélites geoestacionarios, aparte delcontrol de las bandas milimétricas(en particular, la banda Ka) en algu-nos sistemas. Por otro lado, los siste-mas de comunicación que utilizan sa-télites de órbita baja han hecho lo

necesario para desarrollar nuevas so-l u c i o n e s .

El diámetro de las antenas de di-chas estaciones varia entre 4 y 6 me-tros; estas antenas pueden tomar rá-pidamente al satélite, seguir su tra-yectoria y devolver una posición deespera para una nueva adquisición.El caso especial de seguir un satéliteque pasa sobre el zenit del sistema deantenas debe ser considerado, lo cualexcluye la utilización de montajes es-tándar de dos ejes. También se puedeusar el mismo sistema para transmitirinformación remota de control, cuan-do se lanzan grupos de satélites.

Se han desarrollado tecnologías dep o s i c i o n a d o res de tres ejes por algomás de la mitad del coste de los sub-sistemas de radiofrecuencia (RF). Laparte de amplificación también se be-neficia de las nuevas tecnologías dea m p l i f i c a d o res de estado sólido. Porejemplo, en los subsistemas de RF delas estaciones diseñadas por Alcatelpara el programa Globalstar ( F i g u r a1 ) , el amplificador se aloja justo de-trás de la antena, reduciéndose conello las pérdidas en el puerto del ali-mentador de radiación. Esta técnicaha sido posible por el desarrollo deuna adecuada arquitectura de degra-dación en la que un conjunto de mó-dulos amplificadores independientestrabaja en paralelo, para que el fallode una unidad no corte la transmi-sión y sólo debilite la potencia ligera-mente. Esto hace innecesario el pro-porcionar un completo amplificadorde respaldo pesado y costoso.

■ Terminal de Usuario

El objetivo primario de las principa-les innovaciones tecnológicas usadaspara desarrollar un terminal de usua-rio es reducir el coste. El coste finalde la próxima generación de VSATs seha fijado en un máximo de unos po-cos centenares de dólare s .

La clave para alcanzar este objeti-vo es lograr economías de escala in-troduciendo técnicas de producciónmasivas. El coste del terminal se ana-liza en función del coste total, te-niendo en cuenta el hecho de que

266

N U E VAS TECNOLOGÍAS PARA SISTEMAS TERRESTRES DE COMUNICACIONES POR SAT É L I T E

cualquier equipo adicional re q u e r i d opara la instalación –a veces, paneless o l a res–, pueden formar parte en unasignificativa proporción del coste.Las tecnologías de integración son unsegundo e importante factor, ya quepueden hacer posible el reducir a lavez coste, peso y consumo de poten-cia del terminal.

Subsistema de radiofrecuencia

El subsistema RF (radio y antena)re p resenta más del 60% del coste delterminal de usuario.

En telefonía rural, el sistema RFestá previsto frecuentemente en lasbandas clásicas de frecuencia (C obanda C extendida y banda Ku). Elprimer problema es obtener un permi-so regulatorio, teniendo en cuenta lautilización coordinada del espectro deradio por los diferentes servicios.

Por otro lado, el problema de la ca-pacidad disponible es crucial en lossistemas de acceso de banda ancha, yasí cada vez más proyectos están uti-lizando las bandas milimétricas(banda Ka). La utilización de lasbandas de frecuencia milimétrica enla comunicación de los satélites geos-tacionarios aumenta significativa-mente el uso de las tecnologías MMIC(Monolithic Microwave IntegratedCircuit) en los terminales, ya que lasp restaciones de los componentes dis-c retos aún están limitadas por enci-ma de los 20GHz.

En lo re f e rente a las antenas, elancho del haz, que es inversamenteproporcional a la frecuencia, sueleser muy estrecho a 30GHz. Al utilizarsatélites geoestacionarios y la bandaKa, el enfoque se tiene que alcanzarutilizando un canal de baliza trans-mitido por el satélite a una fre c u e n-cia por debajo de las de transmisión,20GHz o, incluso, 10GHz en re c e p-ción, comparado con los 30GHz entransmisión. Todos estos parámetrosvan contra un preciso enfoque y ex-cluyen la utilización de los sistemasconvencionales basados en el máxi-mo nivel recibido. Consecuentemen-te, la utilización de las fre c u e n c i a smilimétricas significa que se debendesarrollar nuevas tecnologías de ali-mentación de antenas de bajo coste.Una solución elegante es crear y ex-traer modos de propagación de ordensuperior en el equipo, de forma queexista una energía mínima en el ejeprincipal de la antena, lo cual puedeser fácilmente explotado por el siste-ma de enfoque.

Las pequeñas antenas usadas enlas estaciones VSAT son antenas off-set convencionales con el alimenta-dor de radiación en el foco. Las nue-vas tecnologías desarrolladas en elcampo del radar, como los alimenta-d o res de arrays activos, integrandoa m p l i f i c a d o res de transmisión y re-cepción, pueden ser una solucióneconómicamente viable en un futurocercano. Esta tecnología re v o l u c i o n a-

rá probablemente los subsistemas RFde los terminales de usuario y de lasestaciones VSAT en general.

Arquitectura de los terminales

Las arquitecturas estándar de las pe-queñas estaciones comprenden elequipo externo situado cerca de laantena y un módulo cercano al termi-nal del usuario (Figura 2). Tr a d i c i o-nalmente, la interfaz entre las dosunidades del equipo ha estado en unaf recuencia intermedia (70 MHz, 140MHz o banda L). Las técnicas de in-tegración usadas en el diseño de mó-dems y los avances en las tecnologíasde componentes significan que la in-terfaz ya se puede desplazar, permi-tiendo la integración del módem enla unidad exterior. La elección de di-cho sistema dependerá de los anchosde banda considerados, del coste decada solución (particularmente lainstalación), y de la modularidad re-querida por las aplicaciones soporta-das por el producto.

La unidad de interior, que tratafunciones tales como la codificación,tramado y la interfaz con el equipot e r re s t re (terminales de usuario,PBX, enrutadores, etc.), utiliza la po-tencia de los procesadores comercia-les. Las unidades de montaje están-dar de bastidor de 19” se sustituyenpor módulos del tamaño de las unida-des de adaptación multimedios de latelevisión digital.

■ Conclusiones

Se están usando nuevas tecnologíaspara fabricar sistemas terre s t res decomunicaciones por satélite que per-mitirán comercializar dichos siste-mas para su despegue, de igual formaque se hizo en los años ochenta conla introducción de los VSATs. Hoy, secontempla la llegada de vastas re d e s ,incluyendo terminales de consumido-res, como un resultado de los últimosavances tecnológicos.

El mercado actual de las estacionest e r re s t res se centra por ello, básica-mente, en el acceso para el usuario,bien a través de importantes program a s

267

Figura 1 - Subsistema RF usado en las estaciones de acceso Globalstar.


268

que usan exclusivamente satélites de-dicados a una única aplicación (porejemplo, Aquila o Skybridge), o unien-do los sistemas terre s t res de los siste-mas de comunicaciones por satélite atecnologías similares en términos deservicio para ofrecer sistemas optimi-zados al mayor público posible.

Figura 2 - Terminal de usuario.

E. Denoyer es director técnico de launidad Earth Stations Business de ladivisión Alcatel Space, en Nanterre,Francia.

R. Vourc’h es director de Marketingy Producto de la unidad Eart hStations Business de la divisiónAlcatel Space, en Nanterre, Francia.

SKYBRIDGE: DESCRIPCIÓN DEL SISTEMA

D. ROUFFET La constelación de satélites de órbita baja SkyBridgeproporciona cobertura para servicios multimedia

de banda ancha.

■ Introducción

El pasado año, el sistema SkyBridgerealizó una serie de importantes avan-ces. Un paso adelante para obtener lalicencia se culminó en la Confere n c i aMundial de Radiocomunicaciones alasignarse bandas de frecuencia entre10 y 18 GHz para sistemas de satélitesno geoestacionarios. Este hecho fueuna señal de reconocimiento del con-cepto SkyBridge por parte de la comu-nidad mundial de las telecomunicacio-nes. Otro paso importante se produjocuando la compañía SkyBridge consi-guió la necesaria financiación para lasfases de diseño y especificación. Unavez completados estos avances, tam-bién se ha alcanzado un significativop r o g reso en el diseño del sistema. Esteartículo ofrece una visión resumida delestado actual del proyecto SkyBridge.

SkyBridge, que está basado en unaconstelación de satélites de órbita ba-ja a una altitud cercana a los 1.500km., se ha diseñado para ofrecer ser-vicios multimedia de alta velocidaden combinación con cobertura global.A finales del 2001, se prestará cober-tura a las latitudes templadas del glo-bo cuando los primeros 40 satélitessean lanzados y situados en sus posi-ciones. A partir de ese momento, seampliará gradualmente la cobertura,hasta que el total de 80 satélites, queconstituyen la constelación completa,estén en posición (a finales del 2002)proporcionando cobertura mundial.

Aunque SkyBridge es un sistemaglobal, se ha diseñado para suminis-

trar conexión del “último kilómetro” yser adaptado a las necesidades loca-les. Es una solución de bucle local dealta velocidad. Por diseño, SkyBridgeencamina y procesa el tráfico origina-do desde un país hasta el mismo país.La arquitectura SkyBridge utiliza,más que elude, las redes locales.

SkyBridge utiliza pequeños termi-nales que, en el caso de usuarios re-sidenciales, están instalados en el te-jado de las casas o bloques de vivien-das. El usuario de estos pequeñosterminales puede recibir hasta 20Mbit/s (enlace de salida) y transmitirhasta 2,5 Mbit/s (enlace de re t o r n o ) .Los terminales para usuarios de ne-gocios están situados en la sede cor-porativa y pueden recibir y transmitirhasta 60 Mbit/s. Estos terminales fi-jos pueden conectarse a ordenadore spersonales, redes de distribución enmúltiples localizaciones o a redes deá rea local. Además, el sistema puedeproporcionar enlaces de infraestruc-tura para proveer, por ejemplo, com-patibilidad con redes de bucle locali n a l á m b r i c a s .

Por lo tanto, SkyBridge es sobre to-do una solución de acceso que pro-porciona un económico bucle local.Debido a que la inversión por abona-do es similar a la necesaria para re d e st e r re s t res, SkyBridge puede actuarcomo cabecera o como complementode redes terre s t res. A pesar de su altacapacidad, SkyBridge ha sido diseña-do para dar cobertura a zonas subur-banas (densidad de población media)y zonas rurales (baja densidad de po-

blación) más que a zonas urbanasdensamente pobladas.

La operación de este sistema seráconfiada a operadores de telecomunica-ciones, por lo que serán ellos quienesgestionen la provisión del servicio y es-tén en contacto con los usuarios finales.El papel de la compañía SkyBridge L.P.es desarrollar el sistema y lanzar, man-tener y renovar el segmento espacial.

■ Servicios

Los módems de alta velocidad abri-rán la puerta a muchos nuevos servi-cios. Estas altas velocidades soporta-rán la prestación de servicios multi-media en los que se combinen sonido,imágenes y datos.

P a rece probable que la mayoría deaplicaciones se crearán desde servidore sy que las redes que transporten las seña-les constituirán una red de datos, comoInternet. Los cortos periodos de transmi-sión inherentes a SkyBridge le harán ca-paz de manejar correctamente protoco-los TCP/IP (Protocolo de Control deTransmisión/Protocolo Internet).

Las principales aplicaciones delsistema SkyBridge son:

• Acceso de alta velocidad a Internet y,de manera más general, a serviciosen línea.

• Servicios de acceso a información ybases de datos.

• Servicios de transacción, como com-pra y banca desde el hogar.

• Comercio electrónico.

269


• Enseñanza y aprendizaje a distancia.• Videoconferencia y videotelefonía.• Entretenimiento:

– vídeo interactivo bajo demanda;– juegos electrónicos.

• Teletrabajo mediante:– acceso a servidores empresariales

y redes de área local;– correo electrónico;– transferencia de ficheros.

• Interconexión de redes de área local.• Enlaces de infraestructura como por

e j e m p l o :– redes telefónicas;– interconexión de bucles locales

inalámbricos;– interconexión de estaciones de

comunicaciones móviles.

Debido a sus características intrínse-cas, en tanto que solución local trans-parente, SkyBridge resulta muy apro-piado para ofrecer estos servicios.

■ Arquitectura

El sistema SkyBridge está diseñado so-bre dos vectores relativamente inde-

pendientes, el segmento espacial y elsegmento de telecomunicación.

El segmento espacial (ver Figura 1)comprende:

• Constelación SkyBridge de 80 satélitesde órbita baja (más los satélites de re s e r-va). Conocida como constelación Wa l k e r(ver Figura 2), comprende 20 planoscon cuatro satélites en cada plano. La in-clinación de los planos respecto al Ecua-dor es de 53°, en tanto que la altitud delos satélites es de 1.469,3 km.

• Centro de Control de Satélites (SCC)y su reserva.

• Estaciones terrenas para Posiciona-miento, Telemetría y Comando (TT&C).

• Centro de Control de Misión (MCC) ysu reserva.

El segmento de telecomunicación, cu-ya arquitectura muestra la Figura 3,consta de:

• Cabeceras, cada una de las cualesconecta al abonado con los servido-res locales o las redes terre s t res pú-blicas o privadas de banda ancha oe s t re c h a .

• Terminales de Abonado (SKT), queincluyen el equipo de antena para co-municación con los satélites y una in-terfaz para conexión, por ejemplo,con un PC multimedia.

La constelación de satélites se utilizapara interconectar a los usuarios fi-nales con una cabecera. Esta cabece-ra desempeña un importante papelen la interconexión de un usuario fi-nal con otro usuario final o con unservidor multimedia, ya que el papelde la cabecera es hacer de interfazcon redes terre s t res públicas o priva-das y encaminar el tráfico. Las fun-ciones de encaminamiento puedenser implementadas tanto por unacentral de conmutación en la cabece-ra, como por una central de conmuta-ción remota en la red SkyBridge deloperador de telecomunicaciones.

El papel del segmento espacial yde los satélites sólo es proporcionaruna pasarela de radio entre el usuarioy las centrales de conmutación ante-riormente mencionadas. Cada satéli-te de la constelación puede crear unaserie de haces puntuales, con un ra-dio de 350 km., dirigidos a puntos fi-jos de la tierra. Cada haz puntual po-see un repetidor asociado transpa-rente que tan sólo se usa para ampli-ficar y convertir las señales que re c i-be. El tráfico transmitido por un ter-minal de usuario dentro de un haz de-terminado es encaminado hacia la es-tación de cabecera dentro del mismohaz y viceversa (ver Figura 4). U nsatélite puede crear hasta 24 células

270

Figura 1 - Arquitectura del segmento espacial.

Figura 2 - La constelación SkyBridge.


Figura 5 - Perspectiva del espacio con visión del área evitada (en amarillo).

s o b re la Tierra. Cada célula cre a d apor un satélite sobre la superficie dela Tierra se mantiene fija con re l a-ción a la cabecera, la cual se encuen-tra ubicada cerca del centro de estacélula. Como un satélite sólo puedec rear dos células sobre una determi-nada cabecera, utilizando las dos po-larizaciones circulares, y como laconstelación SkyBridge ofrece visibi-lidad múltiple sobre las latitudestempladas, las cabeceras con tráficomuy alto lo encaminarán a través devarios satélites. Como los satélitesson visibles sólo un tiempo limitadodesde una determinada cabecera, laantena del satélite, utilizada parac rear una célula sobre ella, es re o-rientada regularmente hacia otra ca-becera. Los recursos del segmento es-pacial son optimizados para ofre c e rla máxima capacidad global. Esta op-timización global no se realiza entiempo real, ya que sólo las cabecerasrealizan la gestión de los recursos deradio en tiempo real localmente.

SkyBridge utiliza el Modo deTr a n s f e rencia Asíncrono (ATM) –quetransmite pequeños paquetes de lon-gitud fija– para simplificar la gestiónde los recursos de radio. ATM garan-tiza la calidad del servicio re q u e r i d a ,tanto por la aplicación como por elusuario, y hace posible el interfun-cionamiento con redes de estándarRDSI (Red Digital de Servicios Inte-grados), utilizando las centrales deconmutación del operador local. Es-tas centrales de conmutación no tie-nen que estar situadas en la cabece-ra, pueden utilizarse centrales deconmutación públicas existentes. Lacabecera también puede estar conec-tada a enrutadores Internet, posible-mente algo distantes. El diseño de lacabecera se ha llevado a cabo paraasegurar una gestión eficaz tanto dela capacidad como de la calidad dels e r v i c i o .

■ Frecuencias

Una característica importante deSkyBridge es que utiliza la mismaf recuencia de banda (entre 10 y 18GHz) que los satélites geoestaciona-

271

Figura 3 - Arquitectura del segmento de telecomunicación.

Figura 4 - Enlaces en el interior de una célula.

rios. Esta opción minimiza el costedel segmento espacial y de los termi-nales de los usuarios, ya que permitela utilización de tecnologías madurasy de bajo coste. Esto permite, al mis-mo tiempo, proporcionar disponibili-dad de enlace a bajo coste.

Naturalmente, debe impedirseque los sistemas geoestacionario yno–geoestacionario interfieran eluno con el otro. La órbita del satélitegeoestacionario se encuentra muycongestionada y el espaciamiento an-gular entre satélites geoestaciona-rios es pequeño, y depende de la di-reccionalidad de sus estaciones te-r renas. Por ejemplo, una antena de45 cm. (el tamaño de los futuros sis-temas de difusión directa de TV) tie-ne un ángulo de apertura de mediapotencia de aproximadamente 3,7°.Para evitar interferencias desde unsatélite geoestacionario adyacente,el espaciamiento entre dos sistemasde satélites utilizando antenas tanpequeñas debe ser de entre 3° y 5°.

SkyBridge ha sido diseñado paraoperar con un espaciamiento angularde 10° con cualquier satélite geoes-tacionario. En otras palabras, existeuna área de ±10° en torno al arcodel satélite geoestacionario dentrode la que el satélite SkyBridge notrasmite (ver Figura 5). En conse-cuencia, el sistema SkyBridge tieneque ser capaz de conmutar el tráficodesde un satélite que esté próximo aesta zona no operativa hasta otro sa-télite que esté bien alejado de ella.Este proceso de conmutación (det r a n s f e rencia) es transparente parael usuario.

En la Conferencia Mundial de Ra-diocomunicaciones de 1997, la UITasignó frecuencias para sistemas desatélites no geoestacionarios (NGSO)en las mismas bandas de fre c u e n c i aque las utilizadas por los sistemas desatélites geoestacionarios. Al hacerloasí, se reconoció que los sistemas co-mo SkyBridge podrían operar eficaz-mente sin interferir con sistemas geo-estacionarios. Al mismo tiempo, la UITdefinió límites de potencia que los sis-temas NGSO tendrían que respetar pa-ra evitar interferencias con los siste-mas geoestacionarios.

En consonancia, el sistema Sky-Bridge tiene ahora acceso a una ban-da de frecuencia de 10,7 GHz a 18,1GHz; el ancho de banda de fre c u e n-cia que necesita, un ancho de bandaútil de 1,05 GHz en cada dirección, seencuentra dentro de las bandas def recuencia autorizadas. Este gran an-cho de banda es necesario para con-seguir la capacidad esencial paracualquier sistema de banda ancha.

■ Transferencia entreS a t é l i t e s

Una función única de los sistemas desatélites no geoestacionarios es lat r a n s f e rencia entre satélites. Comolos satélites se mueven a través delcielo y desaparecen sobre el horizon-te, debe ser posible transferir el trá-fico de uno a otro satélite para man-tener la continuidad del servicio. Lageometría de la transferencia entresatélites se muestra en la Figura 6.Esta característica también es nece-saria para reutilizar las fre c u e n c i a sde los sistemas de satélites geoesta-cionarios. Asímismo, permite evitar elbloqueo de la señal como consecuen-cia de obstáculos (por ejemplo, chi-meneas, árboles, edificio, etc.). Comonormalmente son visibles varios saté-lites, el bloqueo de la señal para un

terminal de usuario desde un satélitedeterminado puede resolverse me-diante el uso de otro satélite.

Para simplificar la gestión del trá-fico, garantizar una buena calidaddel servicio y maximizar la capacidadtotal, SkyBridge también incluye estafacilidad para gestionar y equilibrarla carga del operador.

Un terminal siempre debe ser ca-paz de transmitir y recibir hacia y des-de dos satélites, durante el breve pe-riodo en el que tiene lugar la transfe-rencia, para asegurar así que el cam-bio es imperceptible para el usuario.SkyBridge soporta tres tipos de trans-f e re n c i a :

• Transferencia de todos los terminales(evitando el arco de satélites geoes-tacionarios, la llegada de un satélitea la mínima altura).

• Transferencia de varios terminales.• Transferencia de un solo terminal

(obstáculo ocasional).

Todos los tipos de transferencias songestionados de la misma forma porparte de la estación de conexión. Losenlaces con el satélite saliente semantienen el tiempo suficiente paraque las antenas de los terminalesapunten y se sincronicen con el saté-lite entrante (Figura 7a). Una vezconseguida la sincronización, las lla-

272

Figura 6 - Geometría de la transferencia entre satélites.



Figura 7 - Transferencia entre satélites.

madas son conmutadas hacia el saté-lite entrante (Figuras 7b y 7c) l omás rápido posible. Durante la trans-f e rencia, ambos satélites han de servisibles y sus antenas deben estarapuntando hacia la célula que estáenviando el tráfico. En el sistemaSkyBridge se ha prestado especialatención a la optimización de estafunción para el actual número de sa-télites y de antenas por cada satélite.Todo el proceso tiene lugar en las ca-beceras, no en los terminales, queson pasivos. SkyBridge también ha si-do diseñado para minimizar el volu-men de señales requeridas para re a l i-zar la transfere n c i a .

■ Terminales

El sistema SkyBridge utiliza dos tiposde terminales para uso de negocios yresidencial.

Terminales profesionales

Los terminales profesionales emple-an dos antenas de unos 80 cm. de diá-metro, similares a las actuales ante-nas de TV. Tendrán una estructuram o d u l a r, permitiéndolos estar equi-pados con uno o más módems y, portanto, poder transmitir y recibir has-ta 60 Mbit/s. Normalmente, estas an-tenas estarán conectadas a redes deá rea local o a centralitas privadas(Private Branch Exchange, PBX), ytransmitirán tráfico desde numero-sos usuarios. Se han previsto dos mo-dos de gestión de recursos: un modoestándar de nx64 kbit/s para tráficode telefonía y videoconferencia y unmodo de datos basado en sesiones pa-

ra encaminamiento de tráfico de In-ternet o intranet. El diseño modularde los terminales hace que puedanser equipados con muchas interfacesd i f e re n t e s .

Terminales residenciales

Los terminales residenciales tienenuna sola antena de aproximadamente50 cm. de diámetro. Estarán equipa-dos con un único módem capaz de re-cibir hasta 20 Mbit/s y de transmitirhasta 2,5 Mbit/s. Se ha previsto un nú-mero limitado de interfaces para co-nectar generalmente estos terminalesa PCs. Un modo único de gestión derecursos –la sesión basada en modode datos– puede manejar el tráfico deInternet. Será posible conectar variosPCs a un terminal de este tipo.

Los terminales profesionales y re-sidenciales utilizarán el mismo modode direccionamiento, que será progra-mado con información fijada en laconstelación de satélites. Para dire c-cionarse, los terminales sólo necesi-tarán conocer la hora universal y sulocalización geográfica. Sobre la basede esta información, un terminal pue-de orientarse por sí mismo hacia unsatélite utilizando simples cálculosa n g u l a res realizados localmente. Lastransmisiones desde los terminalesestarán condicionadas por la re c e p-ción de señales de identificación des-de su estación local de conexión.

Estaciones de conexión

El diseño modular permite que las es-taciones de conexión sean adaptadasa los requisitos locales en cuanto acapacidad de tráfico y de los servicios

que precisan los operadores y abona-dos locales. Las estaciones de cone-xión incluyen cinco tipos de subsiste-mas (ver Figura 8) :

• Equipo de radio: antenas, transcep-t o res, plataforma de frecuencia in-termedia y dispositivo de dire c c i o-n a m i e n t o .

• Equipo de modulación.• Equipo de nodo de acceso: equipo de

gestión de recursos espaciales queasigna el tráfico a un operador, con-muta los satélites y controla frecuen-cia y potencia.

• Equipo de nodo de servicio: funcio-nes de navegación de usuario, esta-blecimiento de sesión y funcionesde conmutación. Los servidores lo-cales estarán conectados al nodo des e r v i c i o .

• Equipo de gestión: gestión de equi-pos, gestión de abonados y termina-les, y gestión de tráfico.

El equipo de radio es modular, permi-tiendo que una estación sea configu-rada con cuatro, cinco o seis antenassegún el tráfico previsto. El equipo deacceso también será configurable pa-ra atender de 10 a 180 módems de sa-lida, y de 40 a más de 500 módems deretorno. El equipo de gestión de re-cursos espaciales será configuradopara dar soporte al procesamiento re-querido por el tráfico real y para esta-blecer conexiones ad hoc.

El nodo de servicio y el equipo degestión son igualmente flexibles.

Será posible unir las estaciones deconexión con todas las redes públicas.El acceso a Internet se suministrará através de encaminadores instaladosen las estaciones de conexión.

273


■ Capacidad

El sistema SkyBridge ha sido concebi-do para ofrecer alta capacidad globalcon la mayor capacidad local posible.Varias características técnicas le per-miten proporcionar:

• Acceso a banda de frecuencia ancha.• La capacidad para usar las mismas

frecuencias en diferentes células.• Visibilidad múltiple de satélites en

áreas con alta demanda.• Multiplexación estadística de dife-

rentes tipos de tráfico, con distintasnecesidades de calidad de servicio.

• Uso eficaz de la potencia de satélitesy terminales.

La banda de frecuencia que puedeutilizarse en cada célula es de 750MHz para el enlace de servicio de sa-lida y de 300 MHz para el enlace deservicio de retorno. Esta difere n c i ase debe a que muchos de los serviciosp revistos son asimétricos. No obstan-te, los anchos de banda de los servi-cios de salida y de retorno pueden ser

iguales, si así se re q u i e re en el casode transmisión de tráfico multiplexa-do. Haces adyacentes pueden utilizarlas mismas bandas de fre c u e n c i a .

Las estaciones situadas en las zo-nas de las latitudes templadas se be-nefician de la múltiple visibilidad delos satélites. La constelación ha sidodiseñada de tal forma que pueden servisibles hasta tres satélites a todashoras sobre las áreas con mayor de-manda para maximizar la capacidadde tráfico.

Normalmente, los terminales re s i-denciales y profesionales serán utili-zados a horas diferentes, con una pe-queña coincidencia horaria. La cargade cada operador se optimiza tenien-do en cuenta el hecho de que muchastransmisiones, cada una con difere n-te calidad de servicio, son multiple-xadas. El resultado es que los opera-d o res no se encuentran congestiona-dos sino cargados en distintos grados.Los operadores empresariales pue-den tener una carga media del 65%,haciéndose así posible suministrarcalidad de servicio.

Una célula puede soportar un trá-fico comercial de hasta 1 Gbit/s porcada satélite, con hasta 770 Mbit/spara tráfico profesional y 310 Mbit/spara tráfico residencial. Como son vi-sibles permanentemente hasta un to-tal de tres satélites, el tráfico máxi-mo sobre una cabecera es de hasta 3Gbit/s. Teniendo en cuenta las dife-rentes células, que se cargan según lademanda potencial (no según el po-tencial del sistema), la constelaciónSkyBridge puede encaminar hasta215 Gbit/s.

■ Despliegue

El sistema será desplegado gradual-mente. El segmento espacial estaráoperativo a partir del año 2001, cuan-do se encuentren en posición los pri-meros 40 satélites. La cobertura esta-rá asegurada para las regiones de laszonas templadas del planeta. A medi-da que entren en servicio más satéli-tes, la cobertura se extenderá a todaslas latitudes entre los 68° norte y los68° sur. Las cabeceras también serándesplegadas progresivamente.

Los satélites permiten que variascélulas sean atendidas por una solacabecera. Para cada satélite la inten-ción es extender la cobertura de esta-ción desde dos hasta seis células, de-pendiendo del número de satélitesdisponibles. Esta función no sólo limi-tará el número de cabeceras que ha-brán de ser instaladas en los primerosdías, sino también el número de cabe-ceras que tienen que instalarse ymantenerse para proporcionar cober-tura en áreas de bajo tráfico, lo quemejora notablemente la efectividaddel coste de las cabeceras.

■ Conclusiones

El despliegue del sistema de accesode SkyBridge es muy económico y rá-pido. La inversión en infraestructurapor cada usuario es modesta, pare c i-da o menor a la necesaria para infra-estructuras terre s t res ofreciendo ser-vicios comparables. Por consiguiente,SkyBridge complementa la cobertura

274

S S M - Gestión del Segmento Espacial RFT - Terminal de RadiofrecuenciaFigura 8 - Arquitectura de la estación de cabecera.


275

de estas infraestructuras. Su arqui-tectura flexible implica que puede seradaptado a situaciones muy difere n-tes, proporcionando soporte para una

completa gama de nuevos serviciosmultimedia, tanto para infraestruc-turas de redes fijas convencionalescomo de redes móviles.

Denis Rouffet es vicepresidente deIngeniería de SkyBridge LP, con sedeen Nanterre, Francia.

COBERTURA DE RADIO CORPORATIVA:EL RETO DEL NUEVO GSM

C. CHERPANTIER El nuevo concepto “Stretched Cell” de Alcatel, aumenta enormemente la cobertura de los móviles

dentro de edificios, fortaleciendo esta tecnología enentornos corporativos.

■ El Mercado Actual delGSM

En los últimos años, el mercado deconsumo ha sido el principal objetivode los operadores del sistema globalpara comunicación móvil (GSM). Es-to ha producido una explosión en elnúmero de usuarios en la mayor par-te de los países. Sin embargo, los o-p e r a d o res buscan ahora nuevos mer-cados. Curiosamente, son las grandescompañías las que peor equipadas es-tán de teléfonos móviles, re p re s e n-tando, de esta forma, un gran poten-cial aprovechable como base de estec recimiento esperado. Los factore smás importantes que retrasan el cre-cimiento del GSM en oficina son elalto coste, la calidad de las líneas (lacual puede no ser muy buena en al-gunos edificios) y la dificultad deconstruir un sistema de alta capaci-dad utilizando el planteamiento celu-lar GSM normalizado.

Para permanecer con éxito en estemercado, el operador celular debeo f recer una instalación dedicada a ofi-cinas, que proporcione la capacidad yla calidad de cobertura re q u e r i d a s .

Los beneficios para el operadorson obvios: inicialmente, ayudará acaptar todo el negocio del teléfonomóvil de una empresa y a mantenersu lealtad; en la actualidad, las perso-nas dentro de una empresa a menudoutilizan diferentes operadores celula-res. En consecuencia, un sistema debuena calidad conducirá a un aumen-to en el número y duración de las lla-

madas, incrementando así el tráficogenerado por los negocios.

Mercado de grandes empresas

El mercado de las grandes empre s a ses muy importante. Sólo en Europare p resenta 20 millones de empleados,de los cuales alrededor del 10% tieneuna clara necesidad de movilidad,tanto dentro como fuera de la empre-sa. En consecuencia, son el primerobjetivo para los operadores y justifi-ca la inversión inicial. Eventualmen-te, el 50% de los empleados necesita-rán teléfono inalámbrico, lo cual sig-nifica más de 10 millones de usuariosen Europa.

Criterio para desarrollar una instalación GSM corporativa

El criterio para desarrollar una insta-lación GSM dedicada en una empre s avariará con los suministradore s .

La primera preocupación de loso p e r a d o res celulares será evitar inter-ferir su red externa, añadiendo unared dedicada a la empresa. Así, en lamayoría de los casos, la red de empre-sa estará superpuesta a una re dexistente. Como el operador tiene unespectro de frecuencias limitado, uti-lizará las mismas frecuencias dentro yfuera del edificio. Más aun, la red dee m p resa no debe interferir con la re de x t e r n a .

Segundo, la implantación de lanueva red debe ser lo más simple po-sible. Esto implica un plan de fre-

cuencias muy sencillo, o incluso lainexistencia de plan alguno.

Finalmente, el operador tambiéndeseará que la instalación beneficie atodos los usuarios, no solo a los em-pleados de la empresa, y será acepta-da como una extensión de la Red Mó-vil Pública Corporativa (PLMN).

La empresa tiene diferentes intere-ses. El factor que más frena el cre c i-miento de la telefonía inalámbrica es elcoste. Por supuesto, el coste de la insta-lación debe ser bajo, así como tambiénel coste de su utilización. La empre s adebe de tener el control de las llamadasy tener opción a impedir ciertos tipos dellamadas (saliente, internacional, a mó-viles, etc.), de acuerdo con la posiciónde los empleados en la empre s a .

Las empresas no quieren ofrecer atodos sus empleados la movilidad to-tal. Solamente los empleados que ne-cesiten abandonar su puesto por moti-vos de trabajo, deberán poder accedera la PLMN, mientras que otros disfru-tarán solamente de movilidad local.

La flexibilidad de la instalación esotro factor clave para las empresas. Amenudo alquilan sus locales y cambiande uno a otro con frecuencia. Ta m b i é nson corrientes los cambios de oficinasdentro de la propia empresa. La soluciónde cobertura por radio debe adaptarserápidamente a cualquier nueva configu-ración, sin requerir mayor trabajo.

¿Por qué GSM?

Dos cuestiones deben ser considera-das: ¿cumple GSM el requisito de mo-

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COBERTURA DE RADIO CORPORATIVA: EL RETO DEL NUEVO GSM

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vilidad limitada dentro de edificios? y¿ es rentable utilizar el GSM como te-léfono inalámbrico? Existen otras op-ciones que son particularmente ade-cuadas para interiores. Ejemplo típicoes la norma Digital Enhanced Cord-less Telecommunication (DECT). Al-catel es líder en el campo de los siste-mas inalámbricos Private Branch Ex-change (PBX), usando la normaD E C T.

Sin embargo el DECT no es adecua-do para su utilización en exteriores.Cualquiera que tenga que trabajar enexteriores necesita un teléfono GSM.Hoy día, es posible encontrar personasque llevan dos móviles: un teléfonoGSM y un teléfono DECT. La soluciónnatural a este problema son los teléfo-nos con ambos modos DECT/GSM, perono resuelven la confusión resultantedel uso simultáneo de dos sistemas di-ferentes, que implican diferentes pro-cedimientos de llamada, diferentes co-rreos de voz, etc.

S o b re todo, la integración de lasnormas GSM y DECT no ha avanzadolo bastante para permitir la integra-ción entre los dos sistemas y ha sidoabandonada. Así cuando un móvil estácomunicando y deja el entorno DECT,no puede pasar a la red GSM.

Utilizando un sistema único se evi-tan estas restricciones y se ofrece conti-nuidad de servicio entre la empresa y elmundo exterior. Como es más sencilloadaptar el GSM (el cual ha conseguidomayor penetración en el mercado queDECT) a las restricciones del entornoi n t e r i o r, que adaptar el DECT al entor-no exterior, es inevitable la elección delGSM como solución integral.

Soluciones tradicionales radio

En muchas empresas situadas en lascercanías de las ciudades, la cobertu-ra proporcionada por la infraestruc-tura GSM existente es suficiente parala mayoría de las oficinas. Solamente,no son cubiertos los locales con ven-tanas pequeñas. Sin embargo, estaspequeñas brechas de cobertura sonsuficientes para retrasar la adopcióngeneral de teléfonos móviles, puestoque los empleados deben ser alcanza-dos allá donde se encuentre n .

Además, la capacidad ofrecida porla Estación Base Transceptora (BTS)exterior es completamente inadecua-da. En la mayoría de los casos, el ope-rador carece de frecuencias en el es-pectro para cumplir las demandas delas oficinas. La asignación extra def recuencias de GSM 1800 no es unasolución, porque las frecuencias en labanda de los 1800 MHZ se propagandifícilmente dentro de los edificios.Un único BTS de alta capacidad (12t r a n s c e p t o res, que proporcionan al-rededor de 100 canales de tráfico) nopuede, en cualquier circunstancia,cumplir los requisitos de capacidadde todas las oficinas dentro del áre ade cobertura.

El problema de cobertura radiopuede ser resuelto por canales radioGSM dentro de un edificio. En estecaso, las restricciones de propagaciónre q u i e ren la utilización de múltiplest r a n s m i s o res estratégicamente situa-dos (iluminación, cobertura, multi-emplazamiento) para cubrir entera-mente el edificio. Entonces puedenconcebirse soluciones convenciona-les, tales como distribución de la se-ñal radio dentro del edificio por an-tenas múltiples vía cable coaxial o fi-bra óptica.

En el caso de enlaces por cable co-axial, puede utilizarse una BTS de re-lativa alta capacidad para cumpli-mentar los requisitos de esta clase.Las señales son divididas entre las di-versas antenas en orden a cubrir eledificio completo. Sin embargo, laadición de multiplexores significapérdidas en las señales, por lo cual sep recisa una mayor potencia de trans-misión. Los móviles también debentransmitir en alta potencia para com-pensar las pérdidas introducidas porlas antenas. Todas estas actuacionesc rean interferencias en la red exter-na y es necesario incluir la celda enel plan de frecuencias PLMN y modi-ficarlo cada vez que sea instaladauna nueva BTS.

Cuando se utiliza fibra óptica contransmisión analógica, la señal es denuevo amplificada en la antena, deforma que la potencia de transmisiónpuede mantenerse baja. Desafortuna-damente, la linealidad de los siste-

mas ópticos queda restringida, yaque solamente pueden ser transmiti-dos un número limitado de canalessimultáneos (típicamente dos cana-les), reduciéndose por consiguientela capacidad de tales sistemas.

■ Solución “Stretch Cell” deAlcatel

Concepto

Proveer una excelente cobertura deradio en cada piso de un edificio esun reto bien conocido, especialmen-te porque los pisos superiores sufre na menudo altos niveles de interfe-rencia. Un nivel de señal suficiente-mente elevado debe alcanzar a cadausuario, sin incrementar el nivel ge-neral de interferencia de la red ex-terna. El único camino práctico pararesolver este problema es instalarvarios elementos de radiación, trans-mitiendo cada uno a bajo nivel(aproximadamente 100 mW) y cu-briendo un área pequeña, limitandoasí la energía de radiación necesariapara transportar una llamada en elá rea requerida (típicamente aquellaparte del piso en el cual es localiza-do el móvil). Este es el concepto delas picoceldas.

Sin embargo, un sistema conven-cional de picoceldas, en el cual cadauna de ellas es equivalente a unacelda GSM, se hace muy difícil demanejar a causa de la planificaciónde frecuencias (al menos cada celdaGSM debe transmitir continuamenteun canal de control radio) y del ma-nejo de múltiples emplazamientoscercanos, lo que se convierte en unapesadilla para el operador GSM.

Por ello, el grupo de Comunica-ciones Móviles de Alcatel ha desarro-llado un nuevo concepto de “Stre c t-ched Cell” en el cual todas las pico-celdas dentro de un edificio pertene-cen a la misma celda GSM. En conse-cuencia, sólo hay una frecuencia deBroadcast Control Channel (BCCH)en todo el edificio. Este conceptocombina muy alta capacidad con unaexcelente cobertura en cualquier ti-po de edificación.


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ción no es detectable por el usuario.No se re q u i e re declaración de vecin-dad entre las picoceldas.

Los canales de tráfico operan conf recuencias que sobrepasan la bandaentera permitida en la aplicación. Es-to tiene varias ventajas. Las llamadasinternas son más robustas frente alas de la red externa, pero lo más im-portante es que el sistema no re q u i e-re una planificación de las fre c u e n-cias de tráfico. No obstante, las fre-cuencias BCCH deben incluirse en laplanificación PLMN.

La Stretched Cell es una parte in-tegral del PLMN. Un móvil que dejeuna picocelda entrará en cualquiercelda del PLMN. De forma similar, unmóvil que entre en una picocelda en-trará en el sistema “Stretched Cell”.

■ Nuevo Tipo de BTS

Alcatel está planificando el desarrollode una nueva BTS, que pueda gestionarla “Stretched Cell” y disminuir la inver-sión total. Esta BTS consiste en unaunidad central y un número de termi-nales radio; el área de cobertura de unterminal radio es una picocelda.

La capacidad total de una BTS pue-de ser tan alta como 80 Erlangs con unmuy bajo porcentaje de bloqueo de al-

La “Stretched Cell” (ver Figura 1)cumple completamente con los mo-delos GSM 900 ó 1800 y maneja todoslos tipos de canales; así cualquiermóvil modelo GSM puede operar den-tro de la Stretched Cell.

El principio general de la “Stre t-ched Cell” es el siguiente: la fre c u e n-cia BCCH es transmitida simultánea-mente por todos los terminales radio.Todos los controles de canales comu-nes son transmitidos en esta fre c u e n-cia. Cada terminal radio puede tam-bién recibir mensajes de estableci-miento de llamadas (Random AccessChannel; RACH). Consecuentemen-te, un móvil puede hacer una llamadaa una celda desde cualquier sitio. En-tonces, la posición del móvil es esti-mada en la “Stretched Cell” y se leasigna un canal dedicado entre losdisponibles de la estación re p e t i d o r a .Durante la llamada, solamente la es-tación repetidora, cercana comunicacon el móvil utilizando un nivel bajode señal, por lo que las interfere n c i a sque puedan generar en cualquier re dexterior son muy bajas. Un móvil quese mueva dentro del área de la pico-celda es entregado de una a otra es-tación repetidora sobre la base de laseñal estimada por las diversas esta-ciones repetidoras en el canal de en-lace superior (uplink). Esta opera-

rededor 0,1%. La BTS controla hasta 24picoceldas, cada una con un terminalde radiofrecuencia (RF), teniendo unacapacidad máxima de dos transmiso-res-receptores (tráfico).

Un prototipo ha sido utilizado, comoensayo en el concepto “Stretched Cell”,en un entorno real durante el otoño de1998.

Funciones de la “Stretch Cell BTS”

Fácil instalaciónUn terminal RF puede ser fácilmenteinstalado o cambiado de lugar por unsimple operario no especializado. Elequipo, que es muy compacto (menosde 3 litros) y ligero (3 Kg.), se conec-ta a la unidad central por líneas dep a res cableados, reutilizando los ca-bles existentes de la compañía lo má-ximo que sea posible. El terminal deRF no re q u i e re alimentación propiade energía, puesto que recibe alimen-tación remota de energía de la unidadcentral. El terminal es montado con-tra la pared y su ocupación horizontales pequeña.

Cobertura perfectaLa calidad excelente de cobertura seasegura por toda la empresa, inclu-yendo lugares que tradicionalmenteestán mal servidos, tales como apar-

Figura 1 - Arquitectura de una Stretched Cell.

COBERTURA DE RADIO CORPORATIVA: EL RETO DEL NUEVO GSM

Figura 2 - Distribución de terminales RF enun edificio de oficinas.

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radio. Sin embargo, las oficinas denegocios encontraran la solución aúnmás atractiva si se incluyen funcio-nes relativas a la re d .

Tarificación de la zona de laempresa

La extensión en la adopción de los te-léfonos GSM por las oficinas de nego-cios dependerá de sí las llamadasdentro de la empresa son valoradas aun porcentaje bajo, o si incluso son li-b res de carga. La tarificación de zonade empresa ofrece esta posibilidad.Las llamadas son más baratas cuandoel usuario está en casa o en el traba-jo. Dado el pequeño tamaño de las pi-coceldas, el operador será capaz defacturar en un alto porcentaje tanpronto como un usuario deje la em-p resa, incluso con tan sólo unos pocosc e n t e n a res de metros de distancia.

Enrutamiento local de llamadasinternas y CMC

En grandes empresas equipadas conPBXs, las llamadas internas re p re s e n-tan por lo general alrededor del 50%de todas las llamadas. El enrutamien-to local de tales llamadas significa unsubstancial ahorro en el costo de lasconexiones a la Central de Conmuta-ción Móvil (MSC).

Además, al menos inicialmente,muchos teléfonos deberán ser conec-tados a la PBX. Por conexión dire c t adel sistema GSM a la PBX local, es po-sible establecer la ruta llamada móvil-fija, como se muestra en la Figura 3.

La Solución Radio Corporativa (CMC)provee a los usuarios con un dispositivode funciones PBX (marcación corta, pro-tección de llamadas, transferencia dellamadas) que están disponibles para to-do el mundo. Los usuarios pueden acce-der a los mismos servicios sin tener encuenta si están localizados dentro o fue-ra de la empresa. Las facilidades CMS,tales como excepción de llamadas, ofre-ce a la dirección de las oficinas el controltotal de los costes de telecomunicaciónde la empre s a .

Una combinación conjunta del CMScon una cobertura radio utilizando las“ S t retched Cell” proporciona una solu-

camientos subterráneos, huecos deescaleras, elevadores y locales conventanas pequeñas. La cobertura es-tá proporcionada por terminales RFs o b re todos los locales de la compañía(ver Figura 2). Cada piso de un edifi-cio de tamaño mediano re q u i e re 2 ter-minales. Un terminal de RF tambiénpuede ser instalado fuera para conti-nuidad de la cobertura sobre el totaldel emplazamiento.

Movilidad total Los usuarios pueden moverse libre-mente dentro de la empresa. Sus lla-madas son siempre manejadas por elelemento de radiación más próximo,el cual proporciona la mejor calidadposible. Conforme se mueven dentrode la empresa, son imperceptiblemen-te transferidos de un terminal RF aotro. Aun dejando la red de la empre-sa, la conexión se mantiene por tras-paso a una celda PLMN. Igualmente,cuando un usuario entra en la red dela empresa, la conexión que se esta-bleció en una celda externa no se pier-de, aun cuando el usuario conduce enun aparcamiento subterráneo. Actual-mente, el 99% de las conexiones se in-terrumpen en esta situación.

Calidad de la línea físicaLa calidad de la conversación es simi-lar a la de la red alámbrica (hilos físi-cos), en particular porque se utilizala codificación Enhanced Full Rate

(EFR) y no hay transposición dual(operación fila-libre) en enlaces mó-viles a móviles.

Capacidad modularLa capacidad proporcionada por la“ S t retched Cell” puede ser moduladay puede llegar a ser de 80 Erlangs. Ini-cialmente, se utilizan algoritmos sim-ples para permitir saltos de las leyesde frecuencias y para manejar móvilesde una estación a otra. En una segun-da etapa, un algoritmo más complejosoportará y controlará la contencióne n t re frecuencias de llamadas simul-táneas y en el área de la picocelda sei n c rementará la capacidad de la“ S t retched Cell”, utilizando el mismoe s p e c t r o .

Operaciones y mantenimientoLa BTS “Stretched Cell” se beneficiade las facilidades de las Operacionesy Mantenimiento dedicadas (OPM),las cuales están divididas en dos par-tes. Un centro local O&M (OMC) per-mite a la compañía de telecomunica-ción integradora la operación de su-pervisión de la red dedicada paraidentificar los fallos en las unidades,los cuales pueden ser re e m p l a z a d a ssin llamar al operador.

El operador retiene el control de lacelda desde un centro remoto OMCdesde el cual el “Stretched Cell” pue-de ser monitorizado y modificados susparámetros centrales (por ejemplo,asignación de frecuencias y re l a c i o-nes vecinales con celdas externas).

Interoperatividad con la red externaCualquier tipo de edificación puedeser equipado con el concepto “Stre t-ched Cell”, desde el punto de vista delentorno externo de radio. La instala-ción también es posible donde no haycobertura GSM, o dentro de una re dpública GSM, sea o no suministradapor Alcatel.

■ Una Solución Completa:Radio más Red

El concepto “Stretched Cell” y su BTSconstituyen una solución muy atracti-va a los problemas de cobertura de


ción amplia a los requisitos del opera-dor y de los usuarios de negocio.

■ Conclusiones

La solución “Stretched Cell” al pro-blema de cobertura radio corporativa

es atractiva para todos, desde el ope-rador celular al usuario final y a lacompañía integradora de telecomuni-caciones. El éxito de este conceptodependerá del acuerdo en el coste delos diferentes tipos de llamadas, ne-gociados entre la compañía y el ope-rador celular.

Esta solución global es un pasoimportante hacia la convergencia fi-jo-móvil. Inicialmente, los teléfonosGSM complementan a los teléfonoscon hilos, pero posteriormente re e m-plazarán a la mayor parte de losu s u a r i o s .

Como conclusión final; el concepto“ S t retched Cell” no es solamente apli-cable al mundo de los negocios. Pue-de aplicarse a toda clase de entornosi n t e r i o res, incluyendo edificios públi-cos como estaciones, aeropuertos ycentros comerciales, los cuales son yaun objetivo prioritario de los opera-d o res GSM debido a la generación al-ta de tráfico. Además, pueden utili-zarse para aplicaciones exteriores demuy alta densidad.

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Figura 3 - Enrutamiento local de una llamada interna fijo-móvil.

Corinne Cherpantier es Jefe deProducto para la línea de productosBase Station Subsystem dentro delgrupo Product and Marketing de laDivisión de Comunicaciones Móvilesde Alcatel en Vélizy, Francia.

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CALIDAD DE LA VOZ EN LOS SISTEMAS GSM

L. CRUCHANT P. DUPUY

Aunque GSM está demostrando tener un gran éxito,deberá ofrecer en el futuro la misma calidad de voz

que la que, hoy en día, ofrece la red fija.

■ Introducción

Hasta hace poco tiempo, el extraor-dinario crecimiento comercial delSistema Global para ComunicacionesMóviles (GSM) se había basado prin-cipalmente en la disponibilidad deun nuevo y atractivo servicio. Así,cualquier operadora que ofre c i e r auna cobertura suficiente tenía ga-rantizados un gran número de clien-tes. Sin embargo, actualmente elmercado está madurando de formaque los usuarios potenciales estánexigiendo unos servicios de mayorcalidad. Consecuentemente, los ope-r a d o res de GSM se están enfre n t a n-do por primera vez a una competen-cia real, debiendo ofrecer un serviciode alta calidad para conseguir nue-vos abonados

En este mercado tan competitivo,la verdadera ventaja puede re s i d i ren los servicios de valor añadido, ta-les como los servicios de mensajescortos y de fax. Sin embargo, la cali-dad de la voz es probablemente elelemento más estratégico, sobre to-do para los usuarios acostumbradosa la calidad de la red fija.

Desgraciadamente, el codificadorinicial de voz de GSM no ofrece la ca-lidad de la red fija, cuyos usuarioshan llegado a considerarla como nor-mal, ya que cuando se definió el es-tándar se tuvo que llegar a un com-promiso entre la tecnología de pro-ceso digital disponible, las técnicasde compresión de voz y las condicio-nes de radiopropagación.

Hoy en día los operadores de GSMestán demandando dos tipos de mejo-ras en el sistema:

• Mejores prestaciones de la red paraconseguir que los problemas de ra-diopropagación sean imperceptiblespara el usuario.

• M e j o res codificadores de voz queofrezcan idéntica calidad de voz quelas redes fijas.

■ Estado del Arte

Los sistemas GSM tienen dos posiblescausas de degradación de la señal:

• Codificador de voz (vocoder), que in-troduce distorsión de la voz

• Errores de transmisión, que distor-sionan la información de voz cuandose la transmite por el aire

Vocoder

Desde los primeros tiempos de la co-dificación de voz, ha sido necesariobuscar un compromiso entre la cali-dad deseada de la voz y los re c u r s o snecesarios de la red para transportar-la. Hoy en día, tenemos dos extre m o s :la calidad del disco compacto de au-dio (700 kbit/s; muy alta calidad) ylos mensajes pre-grabados (500 bits/s,con dificultad para identificar al quehabla). En el medio está la red fija di-gital que utiliza 64 kbit/s (basado enuna codificación ineficiente inventa-da hace 30 años).

En el caso de las comunicacionespor radio, la voz se codifica dentro delmargen de 2,4 a 32 kbit/s. En GSM seha definido un total de 22,4 kbit/s pa-ra el interfaz radio, incluyendo la co-dificación de voz y la codificación decanal necesarias para proteger la co-municación vía radio.

Estas restricciones han conducidoa un complejo esquema de codifica-ción en el que los componentes másimportantes de la voz están altamen-te protegidos y, los menos importan-tes, no lo están en absoluto.

Naturalmente, hay que pagar unp recio para esta calidad: la introduc-ción de un codificador nuevo de vozes difícil ya que afecta simultánea-mente al codificador de voz y al codi-ficador de canal.

Problemas en la transmisión

Los errores de transmisión tienen con-secuencias diferentes, dependiendo desi se detecta el error o no. Los erroresno detectados alteran la voz creandosonidos artificiales, lo que se denominaruido “ping-pong”.

Cuando los errores son detectadoso no se recibe información por algunarazón, el sistema debe ser capaz deextrapolar la voz. Este es un temacrucial a la hora de seleccionar el co-dificador de voz. El algoritmo pre d i c-tivo elegido permite, hasta ciertopunto, la extrapolación de voz. Sinembargo, esto degrada la calidad dela misma y produce un sonido que seconoce como “voz de robot”.


La extrapolación de voz se necesitaprincipalmente durante los traspasos(handover), aunque pueden producirproblemas en los periodos de silencioen los que no hay transmisión.

Periodos de silencioLas conversaciones normales son se-mi-duplex, lo cual reduce la interfe-rencia y el consumo de batería en am-bos terminales móviles. Esta técnicase la conoce por Transmisión Discon-tinua (DTX), que se basa en la Detec-ción de la Actividad de Voz (VA D ) ;cuando se produce un silencio, latransmisión cesa.

La voz es reemplazada por informa-ción de silencio (que exige una bajavelocidad de transmisión de datos) afin de mantener el ruido de fondo.

Desgraciadamente, la VAD causaun recorte (clipping) en la voz cuan-do se utiliza más de una vez en un pá-rrafo. Esto puede degradar la calidadde la comunicación entre móviles,que cada vez será más común. Unaoperación sin tándem (por ejemplo,mediante eliminación de las etapasintermedias de transcodificación) de-bería resolver este problema.

TraspasoCuando el terminal móvil se desplazade una celda a otra, hay un intervalode tiempo durante el cual ambos–terminal y estación base de la infra-estructura– deben extrapolar local-mente la voz para realizar el cambiode celda, de forma tan imperceptiblecomo sea posible. Debido a que la ex-trapolación degrada la calidad de lavoz, es muy importante limitar la du-ración de este proceso mediante lautilización de un mecanismo eficien-te de traspaso.

El estándar inicial del GSM defi-nió dos algoritmos de traspaso. Conel procedimiento más simple, conoci-do como traspaso asíncrono, el ter-minal y la nueva estación interaccio-nan para aprender la distancia re l a-tiva desde el terminal móvil cuandollega a la nueva celda, de maneraque pueden compensar el efecto quetiene la distancia sobre el tiempo decomienzo de la transmisión. Esto esun punto clave en los sistemas de Ac-

ceso Múltiple por División en elTiempo (TDMA). Este método pro-duce típicamente una interrupciónde 160 ms.

A fin de evitar este periodo dea p rendizaje, es posible sincronizar lared: el terminal móvil puede entoncesp redecir su distancia relativa de lanueva celda, sin necesidad de inter-cambios a través del interfaz radio. Eltraspaso síncrono reduce la duracióndel intervalo de interrupción de la voza l rededor hasta de 40 ms.

Desgraciadamente, resulta muy di-fícil conseguir una sincronización per-fecta en la red con precisión de variosmicrosegundos. Por lo que en la prác-tica, la sincronización local se ofre c esolamente cuando es el mismo equipofísico quien controla las celdas.

El fabricante de infraestructuraspuede también mejorar la función detraspaso sin necesidad de cambiar ele s t á n d a r. En el tramo ascendente(desde el terminal móvil hasta la in-fraestructura) la conmutación en elmomento adecuado es la clave paraevitar una interrupción innecesariade la conversación. Esto se consiguefácilmente en el traspaso interno:cuando se utiliza el mismo transcodi-ficador en ambas celdas, éste puedeextrapolar la palabra antigua hastaque la nueva celda recibe informa-ción válida.

Sin embargo, es más difícil para eltraspaso externo, ya que involucra ados transcodificadores diferentes. ElCentro de Conmutación de Móviles(MSC) debe decidir entonces el mo-mento de la conmutación, basándoseúnicamente en los mensajes de seña-lización, que no tienen una sincroni-zación fina con el canal de voz. Sinembargo se puede alcanzar un com-promiso aceptable. El siempre cre-ciente tamaño de los Controladore sde Estaciones Base (BSC) reduce elnúmero de traspasos externos, mi-nimizando, por lo tanto, su impactos o b re la calidad de la voz.

En el tramo descendente, la difu-sión de la información de voz a am-bas celdas, la antigua y la nueva, esuna solución sencilla y barata que re-duce la interrupción de la conversa-ción a 60 ms.

■ Evolución de los Estándares hasta 1998

Mejoras en el traspaso

Se han seguido varias alternativas pa-ra reducir el intervalo de interrup-ción en el GSM, evitando la dificultadde sincronizar toda la red.

La primera involucra el diseño deun sistema de autoaprendizaje en elque la red y los terminales móviles co-laboran para medir la sincronizaciónrelativa entre las celdas, permitiendoasí una forma de seudo-sincroniza-ción. La red no está sincronizada, pe-ro partiendo del conocimiento de suretardo relativo, los diversos equipospueden trabajar como si lo estuvie-ran. Esto ofrece las mismas pre s t a c i o-nes que el traspaso síncrono, sin pa-gar el precio de la sincronización dela red. Aunque es teóricamente per-fecto, esta solución es re l a t i v a m e n t ecompleja y es solamente una opciónen el estándar.

De forma más práctica, se ha de-tectado que en una red densa las cel-das son pequeñas. Consecuentemen-te, el móvil está casi a la misma dis-tancia de la nueva celda cuando seprocede al traspaso. Esta distanciapuede proporcionarse al móvil, juntocon la orden de realizar el traspaso,evitando así la fase de apre n d i z a j e .De esta forma, la interrupción totalde la conversación se reduce (comoen el traspaso síncrono) en una re dtotalmente asíncrona. Conocido comoel traspaso presincronizado, se lo con-sideró suficientemente atractivo porparte del Instituto Europeo de Estánda-res de Telecomunicación (ETSI) parahacerlo obligatorio en todos los termi-nales móviles de GSM de fase 2.

Basándose de nuevo en esta solu-ción pragmática, la parte del protoco-lo de traspaso síncrono que se utilizaen la nueva celda para medir la dis-tancia exacta entre el terminal móvily la Estación Base Tr a n s c e p t o r a(BTS) se ha hecho opcional, re d u-ciendo el intervalo de interrupción dela conversación 20 ms adicionales.

El resultado global de todas estasmejoras del GSM ha logrado re d u c i rel intervalo de interrupción de la con-

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calidad de la voz y la capacidad decursar tráfico mediante la selecciónóptima del modo de canal y del modode codec.

El codec AMR puede operar en dosmodos de canal –velocidad nominal ymedia velocidad (ver Tabla 1)– co-r respondiente a los canales de tráficode GSM TCH/F y TCH/H. Para cadamodo de canal existen varios modosposibles de codec, permitiendo cam-biar rápidamente la combinación dela codificación voz y de canal (variasveces por segundo).

El algoritmo de adaptación delmodo de operación del codec permiteseguir la variación de la calidad de lavoz utilizando métricas específicas ydecide los cambios de modo en el co-dec. El algoritmo ubicado en la BTSenvía su orden a la Estación Móvil(MS) mediante señalización en ban-da. La adaptación se realiza de modoindependiente en el tramo ascenden-te y en el descendente, y se utiliza elmismo modo de canal en ambas di-re c c i o n e s .

Como se muestra en la Figura 1, l amultiplicidad de los modos de codecmejora significativamente las pre s t a-ciones comparando con el codec co-r respondiente de velocidad fija queutiliza un compromiso entre las posi-bilidades de las condiciones de canald e t e c t a d a s .

Se puede conmutar el modo del ca-nal a fin de aumentar la capacidaddel mismo, a la vez que se mantiene lacalidad de la voz. Los cambios de mo-do de canal se llevan a cabo mediantetraspasos intra-celda desencadena-dos por las variaciones de carga detráfico por celda. Los traspasos en elAMR sucederán menos fre c u e n t e m e n-te que los cambios de modo del codec(algunas veces por minuto).

La adaptación del enlace permitela flexibilidad de la aplicación:

• Velocidad nominal, sólo para maximi-zar la calidad de la voz.

• Media velocidad, sólo para maximi-zar la capacidad en la transmisiónr a d i o .

• Mezcla de velocidad nominal y mediavelocidad para una solución de com-promiso entre calidad y mejora de ca-

versación a 60 ms. Naturalmente, estop resupone que la red está sincroniza-da o las celdas son pequeñas, y quetanto el terminal móvil como la infra-estructura hacen uso de la mejor so-lución posible.

Nuevos Codecs

Codec a media velocidadEl objetivo principal del codec demedia velocidad (HR) es el de au-mentar la capacidad. Esto se consi-gue reduciendo la calidad, especial-mente cuando la relación portadora aI n t e r f e rencia (C/I) es baja. Sin em-bargo, los operadores de red no tie-nen intención de utilizar los codec amedia velocidad en todas las llama-das de terminales móviles con posibi-lidades de hacerlo, sino solamente encondiciones de alto tráfico a fin demantener un compromiso entre capa-cidad y calidad.

La estandarización de los codecs amedia velocidad comenzó a princi-pios de los años 90 y se finalizó a co-mienzos de 1995. Desde esta fecha, elcodec HR no ha sido muy utilizado.En realidad, a pesar de que el codecHR ofrece unas prestaciones globalesequivalentes a los de velocidad nomi-nal, funciona regular en tándem ycuando hay ruido de fondo.

Se admite actualmente que los co-decs HR nunca serán desplegados amenos que se prescinda de la opera-ción en tándem (véase más abajo) yse incorporen técnicas de re d u c c i ó nde ruido. En realidad, la rápida es-tandarización del codec de Ve l o c i d a dMúltiple Adaptativa (AMR) (véasemás abajo) y las ganancias en capaci-dad alcanzable por otras técnicas dered orientadas a conseguir mayore sdensidades de tráfico (por ejemplo,operación en multibanda, coberturamicrocelular), pueden comprometerel futuro del codec HR.

Codec mejorado de velocidad nominalLa estandarización del codec Mejora-do de Velocidad Nominal (EFR) trans-currió desde primeros de 1995 hastamediados de 1996. No hubo un proce-so de selección dentro de la compe-tencia, sino que se eligió el codec es-

tandarizado en Norteamérica para elsistema PCS1900.

El codec EFR es sensiblemente me-jor que el codec a Velocidad Nominal(FR) en todas las condiciones, aunqueel alcance de esta ventaja depende dela calidad de la red: a medida que au-mentan los errores del canal, las pre s-taciones convergen.

■ Evolución en el Futuro

Codec de velocidad múltipleadaptativa

Después de que se hubiera seleccio-nado el EFR, el Grupo Especial deMóviles de ETSI (SMG) creó un Gru-po Estratégico para la Calidad de laVoz (SQSG) con el fin de definir unaestrategia a medio plazo para la intro-ducción de los nuevos codecs. El SMGllevó a cabo las propuestas del SQSGy decidió iniciar el programa de tra-bajo para desarrollar el codec AMR afinales de 1996.

S o b re la base de los resultados delestudio de viabilidad de un año de du-ración, el SMG decidió, en octubre de1997, emprender la estandarizacióndel AMR con un ambicioso plan detrabajo. En el momento de escribir es-te artículo, se han calificado cinco co-decs, de once candidatos, para la fasede selección (incluyendo la propues-ta de Alcatel, desarrollada en colabo-ración con otros). El proceso de se-lección debería haber finalizado eno c t u b re de 1998, de modo que el es-tándar completo estará disponible amitad de 1999.

El objetivo del codec AMR es, enprimer lugar, proporcionar una cali-dad similar a la que proporciona la lí-nea cableada, combinada con la ma-yor capacidad ofrecida por la opera-ción a media velocidad, y, en segundol u g a r, ofrecer una mayor tolerancia ala alta tasa de error de la comunica-ción vía radio durante la operación avelocidad nominal

Para cumplir con estos dos objeti-vos, el sistema AMR se adapta conti-nuamente a las condiciones del canalradio y a la carga de tráfico, hasta en-contrar el mejor compromiso entre la

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pacidad, de acuerdo con las condicio-nes del canal radio, del tráfico y de laprioridad del operador.

Se espera una mejora sustancial de lasprestaciones en términos de capacidady calidad. Por ejemplo, se ha demostra-do que en modo de velocidad nominal,la calidad de un codec EFR con una re-lación C/I de 10 dB, se extiende hastauna C/I de 4 dB, lo que equivale a unaganancia incremental de 1 a 2 en laPuntuación Media de Opinión (MOS),donde el incremento se refiere a la di-ferencia entre dos valores absolutos deMOS. En el modo a media velocidadcon una alta C/I, la calidad es equiva-lente a la de una conexión cableadautilizando la codificación G.728, mien-tras que en el modo de media velocidadcon una baja C/I, la calidad es equiva-lente a la de un codec FR.

Para conseguir la calidad de la cone-xión cableada (ver definición) en másde un 80% de las llamadas, la gananciaen capacidad (relativa solamente a laconseguida con velocidad nominal) es-taría entre un 30% y un 50%, asumiendoque todas las estaciones móviles son ca-paces de operar en AMR.

El siguiente paso, y posiblemente elúltimo para el sistema GSM, es el deextender el codec AMR a la aplicaciónaudio de gran ancho de banda. El an-cho de banda aumentaría a 7 KHz.

El codec AMR, con adaptaciones, se-ría un probable candidato para los sis-temas de tercera generación tales co-mo el Sistema de TelecomunicaciónMóvil Universal (UMTS).

Operación sin tándem

Desde las primeras etapas de las insta-laciones de redes GSM, se reconocióque la calidad de la voz resultaba inne-cesariamente degradada en los casosde llamadas de móvil a móvil (configu-ración en tándem). En tal configura-ción, la voz se transcodifica dos veces,una en cada Subsistema de EstaciónBase (BSS) asociada a la llamada.

Cuando ambos móviles utilizan elmismo tipo de codificador de voz, laOperación Sin Tándem (TFO) eliminala doble decodificación evitando lostranscodificadores de las BSS, tal comose muestra en la Figura 2.

La solución actualmente estanda-rizada por el SMG se basa en una se-ñalización en banda. Esto significaque el establecimiento de la TFO senegocia entre los dos transcodificado-res de las BSS participantes, los cua-les dialogan entre ellos dentro de labanda. La señalización en banda ne-cesita mantener la integridad de losdígitos a lo largo de todo el enlace dela red de comunicaciones. Desgracia-damente, este requisito no puede re s-petarse en todas las configuracionesde llamada móvil a móvil debido a lautilización de circuitería intercalada(por ejemplo, canceladores de eco) ya las líneas analógicas.

Por otra parte, durante una inte-rrupción o traspaso, habrá un inter-valo corto de tiempo en el que se apli-que TFO solamente en una parte. Sinembargo, el estándar GSM especificap recisamente los requisitos para latemporización y la calidad de la vozen operación TFO.

Estas limitaciones reducen el in-terés en la operación TFO: depende-rá en un alto grado de la proporciónde llamadas entre móviles dentro dela propia red GSM (para las que la in-tegridad de los dígitos se garantizade forma intrínseca).

La ganancia en la calidad consegui-da mediante la operación TFO secuantificó en dos rondas de pruebassubjetivas, coordinadas internacional-mente, relativas a la interoperabilidade n t re HR/FR/EFR y TFO. En el caso detándem HR-HR y EFR-EFR, la opera-ción TFO mostró una mejora máximade 0,7 MOS.

La utilización de la señalización enbanda tiene algún efecto sobre la cali-dad de la señal. Por ejemplo, la seña-lización en banda utiliza técnicas de

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Figura 1 - Mejora de las prestaciones que se produce con la utilización de los múltiplesmodos del codec.

Tabla 1 - Velocidad de bit en origen de varios codecs de voz para GSM.

Tipo de codec Velocidad de bit en origen

FR 13 kbit/s

EFR 12,2 kbit/s

HR 5,6 kbit/s

AMR 2, 3 ó 4 velocidades de bit por modo de canal, p.e.:desde 4,5 a 8 kbit/s para media velocidad;desde 6,5 a 14 kbit/s para velocidad nominal


Figura 2 - Arquitectura para una operación sin tándem.

robado de bits cuando se está estable-ciendo la llamada.

La utilización de señalización fue-ra de banda también se ha conside-rado, pero todavía no ha sido es-t a n d a r i z a d a .

■ Conclusiones

La calidad de la voz en la red GSM esel resultado de un compromiso com-plejo entre la pericia en pura codifi-cación de voz, la experiencia en radioy las mejoras del protocolo de teleco-municaciones. Los estudios del ETSIs o b re la futura evolución del GSM de-jan claro que la voz permanecerá co-mo un tema importante durante va-rios años. Ésto no resta importancia alas transmisiones de datos por la re dGSM, sino sencillamente subraya elhecho de que la comunicación habla-

da entre personas es todavía el cora-zón de nuestra profesión.

■ Definiciones

• Calidad RDSI: Calidad de la voz con-seguida a través del par telefónico, uti-lizando una conexión digital, duplex yt r a n s p a rente sobre enlaces a 64 kbit/s.

• Calidad de conexión cableada: c a l i-dad de la voz proporcionada medianteredes modernas cableadas. Se consi-dera habitualmente una calidad comomínimo tan buena como la de loscodecs a 32 kbit/s G.726 o G728.

■ Referencias

1 Recomendación UIT-T, G.726: “40, 32,24, 16 kbit/s modulación por impulsosy código diferencial adaptativo”.

2 Recomendación UIT-T G.728: “Codifi-cación de la voz a 16 kbit/s, utilizan-do la predicción lineal por excitaciónde código de bajo retardo”.

285

Laurent Cru c h a n t es responsable delas especificaciones de sistema de laBSS del GSM de Alcatel y de lap a rticipación técnica en los temas delas BSS del sistema GSM en el SMGdel ETSI. Está ubicado en la Divisiónde Comunicaciones de AlcatelMóviles, en Vélizy, Francia.

Pierre Dupuy es un experto pioneroen GSM e inventor del pro c e d i m i e n t ode traspaso pre - s i n c ro n i z a d o .Actualmente. está trabajando en ladefinición de la nueva infraestru c t u r ade la BSS en la División deComunicaciones de Alcatel Móviles.en Vélizy, Francia

Los propietarios/operadores de lasredes fijas y móviles ven el CTS comoun servicio nuevo y potencialmenterentable. Inicialmente, lo ofrecerán ausuarios individuales aunque tambiéntiene como objetivo a los abonados em-presariales. Las personas que todavíano están subscritas al servicio GSM en-contrarán en el atractivo coste de lasllamadas CTS un aliciente para llegar aconvertirse en abonados móviles.

■ Principales Característicasdel CTS.

Planificación de frecuencias

Las llamadas CTS a través del móvilGSM usa las frecuencias asignadas alGSM 900, DCS 1800 y PCS 190. Como el

espectro multifrecuencia está total-mente ocupado en Europa, no es posi-ble asignar una banda de frecuenciadedicada al CTS, así que tiene que uti-lizar las frecuencias GSM ya asignadasal operador.

El operador contrata una lista defrecuencias autorizadas. Las frecuen-cias usadas en la actualidad, entre unteléfono móvil y una estación base CTS,se seleccionan de dicha lista por el sis-tema después de una serie de medidasde radiofrecuencia para determinarcuáles son las menos afectadas por lasinterferencias.

Subscripción

Los usuarios tienen que abonarse alservicio CTS, lo que les autoriza a utili-zar las frecuencias del operador móvil.

SISTEMA DE TELÉFONO INALÁMBRICO

P. DESBLANCSC. MASSYS. MESSIETJ. F. RUBON

El CTS permite a los usuarios realizar y recibir llamadas con sus teléfonos GSM a través

de la red fija y, de este modo, acceder a los servicios de ambas redes.

■ Introducción

La gran popularidad de los teléfonosmóviles y la aparición de nuevos ope-r a d o res de red hace que sea, cada vezmás deseable, el trabajo conjunto dela red del Sistema Global para Comu-nicaciones Móviles (GSM) y de la re dfija. El Sistema de Teléfono Inalámbri-co (CTS) se ha desarrollado para per-mitir a los usuarios de GSM la re a l i z a-ción y recepción de llamadas sobre lared fija. Por tanto, esto re p resenta unpaso inicial hacia la convergencia fi-nal de las redes fija y móvil. Una vezque esta convergencia se haya alcan-zado, un usuario podrá poseer un úni-co número personal, junto con un úni-co buzón electrónico y un único buzónde voz.

Los usuarios de GSM realizan y re-ciben llamadas sobre la red fija a tra-vés de una Parte Fija CTS (CTS-FP),que se conecta directamente a la re dfija. En una configuración alternativa,la CTS-FP puede conectarse dire c t a-mente a la red móvil a través de la in-terfaz aire GSM. Ambos escenarios seilustran en la Figura 1.

Las principales ventajas del sistemaCTS son el menor coste de las llama-das y el acceso a los servicios de las re-des fija y móvil, utilizando el mismoterminal GSM. El sistema CTS soportael servicio de mensajes cortos, los ser-vicios suplementarios tal y como estándefinidos por la Unión Internacionalde Telecomunicaciones (UIT-T) y lacomunicación de datos. Además ofreceuna buena calidad de conversación.

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Figura 1 - Principio del sistema telefónico inalámbrico.


Las llamadas son facturadas a la líneatelefónica fija del usuario.

Un usuario se subscribe adquiriendofichas cuyas señales se envían a travésde la red autorizando a él o ella a utili-zar el sistema durante un determinadoperiodo de tiempo. La ficha debe reno-varse antes del final de dicho periodo.La renovación es transparente al usua-rio si es enrutada hacia la CTS-FP porla línea fija.

Gestión de la movilidad

El sistema CTS avisa a la red móvilcuando un usuario se registra en laCTS-FP, de tal forma que el usuariopueda ser conectado a la red fija. Unnúmero personal (o sub-dirección) per-mite que el móvil sea llamado dire c t a-mente, sin que reciba corriente de lla-mada cualquier otro teléfono que pu-diera estar conectado a la línea fija.

Interfaces de red.

Normalmente el CTS se comunica conla red GSM a través de una interfaza i re. Sin embargo, los intercambioscon la red se realizan principalmentea través de la red fija. Tales comuni-caciones se utilizan para el intercam-bio de los parámetros de radio (listade frecuencias a utilizar), fichas desubscripción e informaciones sobre lagestión de la movilidad (datos re l a-cionados con el registro de un móvilen una parte fija).

■ Servicios

La cuestión de la convergencia de losservicios se presenta con cualquier sis-tema de red múltiple. Un terminal GSMpuede acceder a una multitud de servi-cios GSM estandarizados o a serviciospersonalizados por el operador. Igual-mente, la red fija ofrece un amplio ran-go de servicios. La convergencia de losservicios es aplicable a:

• llamadas de voz originadas/terminadas.• correo de voz.• mensajes cortos.• datos.• servicios suplementarios.

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Actualmente, la mayoría de la genteutiliza varios terminales, cada uno conun número diferente, en los cualespueden ser localizados y que puedenincluir un teléfono privado, un teléfo-no de negocios, un teléfono móvil y unfacsímil. El CTS, en particular, y laconvergencia fija/móvil, en general, seestán moviendo hacia la utilización denúmeros personales y hacia un únicobuzón de voz, de tal manera que losabonados puedan ser llamados encualquier parte y en cualquier momen-to. Un nodo de la red inteligente, en lafrontera entre las redes fija y móvil,puede gestionar todos los servicios deacuerdo con las necesidades de losusuarios (por ejemplo, los servicios su-plementarios), situación (por ejemplo,proximidad a la parte fija, dentro de unárea de cobertura GSM) y subscripción(verificación de si los servicios estáncubiertos o no por la subscripción).

Cuando un usuario se registra conla CTS-FP, el sistema avisa a la re dmóvil de tal manera que el usuariopueda entonces ser llamado a travésde la línea fija. Más de un terminalmóvil CTS puede ser registrado con lamisma parte fija. Los usuarios CTS deuna CTS-FP pueden subscribirse a di-f e rentes operadores. Los acuerdos demovilidad están implantados para eluso de las frecuencias. Es posible pro-porcionar un servicio de intercomuni-cación entre terminales móviles co-nectados a la misma CTS-FP (llamada

local dentro del CTS) sin implicar ala red fija.

■ Descripción del CTS

Arquitectura del sistema

La Figura 2 es un diagrama simplifica-do de la arquitectura CTS. El papel re-presentado por las distintas partes esel siguiente:

• CTS-SN: El Nodo de Servicio CTS,que está conectado a las redes fija ymóvil, ofrece tres funciones de ges-tión: CTS-HLR, CTS-FRA y, como unaopción, MSC/VLR (Visitor LocationRegister).

• CTS-HLR: El Home Location Registeres el gestor de los servicios del usua-rio del CTS.

• CTS-FRA: La unidad de Asignaciónde Frecuencias es el gestor de fre-cuencias del CTS.

• CTS-FP: La parte fija es la estación ba-se, la cual incorpora una interfaz deradio con los terminales móviles y unainterfaz de línea fija hacia la Red Te-lefónica Conmutada Pública (PSTN).La red fija encamina las llamadas delos usuarios y el tráfico de señaliza-ción entre la parte fija y el nodo des e r v i c i o .

• CTS-MS: La Estación Móvil es un ter-minal GSM con el software modifica-do para soportar el sistema CTS.

Figura 2 - Arquitectura simplificada CTS.


• Modo Automático: El CTS se utilizadentro del área de cobertura de laparte fija, y el GSM fuera de ella.

• Modo paralelo: El usuario supervisalos sistemas GSM y CTS simultánea-mente.

El modo paralelo tiene la ventaja deque el usuario recibe la misma calidadde servicio, con independencia del ni-vel funcional de la red fija. Hay queconsiderar, por ejemplo, la situación enla cual la parte fija está conectada auna red fija que no suministra el Servi -cio de Mensajes Cortos (SMS). En elmodo paralelo, un móvil está sincroni-zado con la red GSM y el CTS-FP, loque permite recibir mensajes cortos através de la red GSM y llamadas en-trantes a través de la red fija.

■ La Interfaz Aire

La interfaz radio del GSM-CTS estádiseñada para cumplir dos re q u i s i t o sprincipales. El primero, el espectrode frecuencias asignado al CTS es po-tencialmente una sub-banda del es-pectro de frecuencias del operadorGSM, por tanto es necesario minimi-zar cualquier interferencia del CTScon el PLMN. Además, el operador de-be de tener algún tipo de control so-b re esta interferencia. Las interfere n-cias entre sistemas CTS deben estartambién limitadas, particularmenteporque es independiente del tipo debanda asignada al CTS, esto es así,

con independencia de que el espectroesté compartido con el PLMN o dedi-cado al CTS. Tres conceptos han sidopropuestos para tratar este problema.Generalizando, la interfaz radio delCTS mantiene las siguientes caracte-rísticas del GSM:

• Principio de transmitir/recibir sobreun par de frecuencias (Duplexaciónpor División de Frecuencia, FDD).

• La misma subdivisión orientada altiempo de los canales físicos en espa-cios de tiempo, tramas, multitramas,supertramas e hipertramas (AccesoMúltiple por División en el Tiempo,TDMA).

• Los mismos esquemas de modulacióny codificación de canal.

• Los mismos tamaños y formatos de lospaquetes, las únicas modificacionespropuestas son las de los canales lógi-cos y la forma en que éstos son multi-plexados sobre los canales físicos.

Concepto de canal frecuencia faro

El primer objetivo es el de re e m p l a z a rel convencional canal de señalizaciónGSM (Canal de Control de Multidifu-sión, BCCH) usado por los móvilesGSM para registrarse con una celdaGSM. Para facilitar el procedimientocuando la señal se transmite continua-mente a máxima potencia, no se cum-plirían los anteriores requisitos y seríademasiado para un sistema en el cualla estación base puede tratar solamen-te un número limitado de móviles.

• CTS-SIM: El Módulo de Identidad delAbonado es una tarjeta inteligenteque contiene la información sobre lasubscripción GSM con unas pocasmodificaciones (campos adiciona-les) para el servicio CTS.

• FP-SIM: El Módulo de Identidad delAbonado en la Parte Fija es una tar-jeta inteligente dedicada a la esta-ción base que contiene informaciónsobre el abonado CTS.

Protocolos

El sistema CTS cumple con el conjuntode protocolos GSM, como se muestraen la Figura 3. Sin embargo, las capas1, Recursos Radio (RR), Gestión de Mo-vilidad (MM) y Gestión de Llamadas(CM) han sido ligeramente modifica-das para soportar el servicio CTS.

La señalización sobre la PSTN de-pende de los estándares del operadory de los de la red telefónica nacional,incluyendo si la red es analógica o di-gital y cualquier servicio específico delos operadores. Por lo tanto, es nece-sario una capa de interrelación paratraducir del protocolo estándar GSM(interfaz radio-Um*) a un protocolode red fija específico del operador ydel país en la interfaz Cf (Figura 3).Hay que observar que la interfaz Um*está totalmente estandarizada, permi-tiendo la interrelación entre un móvilde un fabricante y la parte fija de otro.También, igual que con el GSM, estainterfaz es independiente del país.

De forma correspondiente, los ser-vicios suplementarios de red (informa-ción de la facturación, identificaciónde la línea llamante, etc.) son transpa-rentes al usuario móvil GSM/CTM. Enp a r t i c u l a r, el terminal de la interfazh o m b re-máquina utiliza los mismosprocedimientos para evitar confundiral usuario.

En contraste, los usuarios debenser informados claramente acerca desi están conectados a la red GSM o ala parte fija, de tal manera que sepanlo que cuestan las llamadas y cómoson éstas enrutadas. Existen tres mo-dos de operación de los terminales:

• Modo manual: El usuario puede ele-gir entre CTS o GSM.

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Figura 3 - Pila de protocolo CTS.


Por tanto, se ha propuesto un úni-co canal de frecuencia faro transmi-tiendo discontinuamente, pero re g u-larmente, un mínimo de informaciónlógica (una trama cada 26 tramas).De esta manera, los móviles que quie-ran registrarse pueden determinar laidentidad de la estación base y su es-tado (accesible o no accesible), mien-tras que los móviles que ya se hayan re-gistrado pueden detectar los mensajesenviados por la estación base.

El canal lógico es el único que estransmitido continuamente por la es-tación base y, de esta forma, se limitacualquier interfere n c i a .

Algoritmo de asignación de la frecuencia adaptiva

De todas las frecuencias asignadas lo-calmente al CTS deben elegirse aque-llas menos expuestas a las interfere n-cias. El algoritmo de Asignación de laF recuencia Adaptiva (AFA) es una so-lución parcial. Trabaja sobre el prin-cipio de que la estación base y losmóviles que tiene registrados midenregularmente el entorno radio delCTS (enlace superior y enlace infe-rior). Estas medidas son promediadaspor un mecanismo de filtro de largaduración y el algoritmo obtiene unalista de frecuencias clasificadas porniveles de interferencias. La estaciónbase utiliza la frecuencia menos car-gada para el canal de frecuencia faro;algunas o todas las frecuencias re s t a n-tes se utilizan para otras operacionespor medio de la utilización de un me-canismo de salto de fre c u e n c i a .

Algoritmo de salto de frecuenciatotal

Para hacer al sistema CTS más inmu-ne a las potenciales fuentes de inter-f e rencias, tales como la proximidad alos CTS-FP, se utiliza un mecanismode salto de frecuencias para la comu-nicación en todos los canales físicos,excepto en el canal de frecuencia fa-ro. Alcatel, en colaboración con laUniversidad de Dresden, ha desarro-llado un nuevo algoritmo de salto def recuencia que minimiza las colisio-nes entre las secuencias saltadas pa-

289

ra minimizar las interferencias entrelos sistemas CTS.

El canal de frecuencia faro, la asig-nación adaptiva de frecuencias y elsalto de la frecuencia total son lost res nuevos conceptos en la interfaza i re del CTS.

Modos de la interfaz radio

Existen dos modos de la interfaz radio:

• Modo reposo: El estado de una partefija que está iniciada (tiene todos losparámetros necesarios para funcio-nar sobre la interfaz radio del CTS) ode un móvil que está registrado (re-gistrado sobre una estación base).

• Modo dedicado: Corresponde al tráfi-co de llamadas entre un terminal y laparte fija.

Estructuras de las multitramas

El tráfico GSM de multitramas, queconsta de 26 tramas, se utiliza para lacomunicación en modo dedicado.

El modo no conectado (reposo) uti-liza una multitrama de 52 tramas sin-cronizadas por medio de la transmisiónregular del canal de frecuencia faro ca-da 26 tramas. Por lo tanto, la estaciónbase puede establecer un canal de trá-fico en paralelo con el canal de fre-cuencia faro durante las tramas no uti-lizadas del modo conectado.

Además del canal de frecuencia fa-ro, la multitrama de 52 tramas incluyedos grupos de canales lógicos que setransmiten solamente bajo petición:

• Grupo de canales lógicos que sopor-tan el registro de nuevos móviles conla estación base.

• Grupo de canales de control lógicoutilizados por los procedimientos delmodo reposo, en particular, el proce-dimiento de establecimiento de unallamada en un canal y el procedi-miento de modificación del registrode un terminal móvil.

La Figura 4 ilustra la interfaz de ra-dio del sistema CTS.

Solamente el canal de fre c u e n c i afaro es transmitido continuamentepor la estación base, y es utilizado por

los procedimientos de registro y dife-rentes procedimientos del modo re p o-so. Los móviles registrados se re a c t i-van automáticamente a intervalos re-g u l a res para supervisar el canal def recuencia faro, de tal manera quepuedan detectar una nueva llamada oun nuevo mensaje corto. Por tanto, enlos modos no-conectado la interfaz ra-dio tiene poco tráfico y casi no generai n t e r f e re n c i a s .

■ Seguridad

El sistema CTS ofrece dos niveles de se-guridad. El primero, o de nivel de re d ,es suministrado por el operador, mien-tras que el segundo, o de nivel local,protege la estación base contra accesosde terminales no autorizados.

Seguridad de la red

El operador tiene que supervisar to-talmente el sistema CTS, que constade un terminal móvil con su tarjetaSIM y la estación base y su tarjeta FPSIM. Ya que la subscripción está re l a-cionada con la tarjeta SIM de la FP, laseguridad se basa en los datos delabonado que están impresos en estatarjeta. Además, el operador puedeverificar la tarjeta SIM del móvil con-sultando al PLMN.

La seguridad está basada en la su-pervisión por parte del operador de:

• los parámetros de radio.• las subscripciones.• el equipo.• la información transmitida entre los

diferentes elementos de red.

Seguridad de los parámetros dela radio

Los parámetros radio, que son propor-cionados regularmente por la red, de-penden de la situación del CTS-FP ydel plan de frecuencias del operador.Aplicando las frecuencias y los otrosparámetros (potencia, transmisióndiscontinua, etc.) desde la red al sis-tema, se hace posible reducir las in-t e r f e rencias con la red y sus equiposGSM. Con anterioridad a la asignación

Verificación del equipo

El equipo móvil y las partes fijas es-tán identificadas por sus corre s p o n-dientes identidades: Identidad deEquipo Móvil Internacional (IMEI) eIdentidad de la Parte Fija Interna-cional (IFPEI), respectivamente. Latransmisión de estos parámetros a lared GSM identifica y, posiblemente,puede localizar equipos no apropia-dos o robados.

Protección de la información

Los datos y la señalización intercam-biados entre la parte fija y la red a tra-vés de la línea fija están encriptadoscon un código conocido por las dos en-tidades. De esta forma la FP puedeidentificar el origen del mensaje.

Seguridad localLa seguridad interna del sistema CTSse ha desarrollado para:

• Evitar que personas indeseables seconecten a la parte fija. Este re q u i s i-to es especialmente importante cuan-do la facturación está basada en elnúmero de directorio de la línea fijadel usuario.

• La verificación de la autenticidad deun usuario que quiere conectarse a laparte fija.

• Asegurar la confidencialidad de lasllamadas en la interfaz entre las par-te fija y móvil.

Protección del acceso a la parte fija

Los usuarios que deseen acceder a laparte fija deben presentar primera-mente un código secreto, o CTS-PIN,específico para cada parte fija.

Verificación local de la autenticidad

Un usuario, declarado pre v i a m e n t epara una parte fija, se registra conesa FP para acceder a los serviciosCTM. Un proceso mutuo de verifica-ción de la autenticidad limita el acce-so no autorizado y asegura la legiti-midad de la parte fija. Durante esteproceso, el usuario verifica la auten-ticidad de la parte fija y, a su vez, severifica la autenticidad del usuariopor esa parte fija.

La verificación de la autenticidadestá basada en un algoritmo A3*, de-finido por el ETSI específicamentepara el sistema CTS, y una llave deautenticidad asignada por el opera-dor durante el proceso de personali-zación de la tarjeta SIM de la FP.

Confidencialidad de la comunicación en la interfaz entre la parte fija/móvil

El enlace entre la parte fija y la móvilestá protegido por un algoritmo A8 decodificación de la información (tam-bién definido por el ETSI específica-mente para el CTS) que permite gene-rar la llave Kc* y el algoritmo A5/2.

■ La Estación Base CTS-FP

La parte fija CTS integra las tecnolo-gías fija y móvil en la interfaz entreambas. La Figura 5 ilustra la arqui-tectura de la parte fija.

La etapa radio

La etapa radio, que utiliza tecnologíade Alcatel de conversión directa, estábasada en los terminales GSM exis-tentes y, de esa manera, se beneficiadel bajo coste asociado al volumen defabricación de esos productos. Estatecnología de banda dual puede ope-

de estos parámetros, debe re a l i z a r s emutuamente una verificación comple-ta de todos ellos, tanto de la estaciónbase como de la red. La red verifica laidentidad de los abonados (tarjetaSIM de la FP). Existe una verificaciónde la autenticidad equivalente en elGSM utilizando parámetros (códigos e c reto y el algoritmo A3) y entidadesde red equivalentes (Centro de Ve r i f i-cación de la Autenticidad, AuC). Ade-más la FP identifica claramente elorigen de la información radio.

La operación del CTS podría tenerproblemas si no se aplicaran estos pará-metros. Solamente, un procedimientode homologación del producto para lasd i f e rentes unidades (CTS-MS y CTS-FP) podría garantizar que puedan ges-tionarse los parámetros corre c t a m e n t e .La homologación del producto tambiénpuede garantizar que las CTS-FP y losCTS-MS de diferentes fabricantes se in-t e r relacionen corre c t a m e n t e .

Verificación del abono

Para evitar que usuarios no autoriza-dos puedan acceder al CTS, el opera-dor regularmente envía informaciónde los usuarios, indicando la validezde la subscripción. El operador debeindicar cada cuánto tiempo esta infor-mación tiene que ser actualizada.

Antes de que la red actualice la in-formación relativa a la subscripciónse lleva a cabo una verificación mu-tua de la autenticidad.

290

Figura 4 - Comparación de la estructura de las tramas del GSM con la del GSM-CTS.



rar en la banda GSM (900MHz) y enla banda DCS (1800 MHz). Solamen-te la etapa de transmisión es difere n-te por su menor potencia de transmi-sión (máximo de13 dBm). Las especi-ficaciones del rendimiento de re c e p-ción de la parte fija del CTS se deri-van directamente de la de los termi-nales GSM. En consecuencia, la etaparadio CTS utiliza la misma estructurab á s i c a .

La etapa digital

Un único circuito integra el procesa-dor de señalización y el micro-contro-l a d o r. El procesador de señalizacióntrata todos los procesos incluyendo elde modulación/demodulación, el decodificación/decodificación y los dis-tintos codecs GSM. Además, tiene queprocesar las señales utilizadas por latecnología de cable, proporcionandola cancelación de eco, un servicio decontestador telefónico, etc.

El micro-controlador trata el pro-tocolo CTS, gestiona las llamadas enla parte fija y realiza las funcionesCTS-FP (operación y mantenimiento,intercom, etc.)

La tarjeta SIM de la parte fijaLa tarjeta SIM de la FP, que contienelos datos de subscripción del CTS, esuna característica de la estación base.En un entorno de multi-terminales, sere q u i e re una única subscripción al

CTS. Trata los requisitos de seguridaddel sistema y del operador (verifica-ción de la autenticidad, actualizaciónde la información transmitida por lared). Además, ésto incrementa las posi-bilidades del servicio.

La interfaz de línea

Derivada directamente de la tecnolo-gía de la red fija, la interfaz de líneapuede ser del tipo analógico PSTN o deltipo digital RDSI. La interfaz de líneatransmite el tráfico (voz, datos) y tam-bién gestiona la comunicación con elnodo de servicio CTS, a través de un mó-dem de datos. La función básica del mó-dem es la de registrar y desregistrar losmóviles conectados a la estación base.

■ El Terminal CTS

Como ya se ha mencionado, la princi-pal ventaja del sistema CTS es la deser la única solución de convergenciae n t re las partes fija/móvil que puedeimplantarse simplemente con la mo-dificación del software de los termina-les GSM. Por tanto, las funciones CTSno tienen coste adicional y podríanimplantarse dentro de los terminales.Esto haría extremadamente sencilloel proporcionar rápidamente un rangocompleto de terminales CTS apropia-dos para cumplir con las necesidadesde cada usuario.

291

■ Conclusiones

El uso extendido de los terminalesGSM en los mercados de consumo sig-nifica que es el terminal personal porexcelencia en cualquier situación: enel trabajo, en casa, cuando se viaja,etc. El CTS estándar, un subconjuntodel estándar GSM, proporciona unúnico terminal para el uso domésticoy empresarial, con la convergencia delos servicios asociados. Por encima ymás allá de dicha convergencia, apa-recerán nuevos servicios basados enel potencial ofrecido por este tipo dep r o d u c t o .

Figura 5 - Arquitectura de la parte fija del PSTN CTS.

Philippe Desblancs entró en elGrupo Alcatel el año pasado ytrabaja como ingeniero dedesarrollo en la Mobile PhonesBussines Unit, en Colombes, Francia.

Christian Massy entró en el GrupoAlcatel en 1989 y actualmente es elresponsable de la arquitectura de lossistemas en la Mobile PhonesBussines Unit, en Colombes, Francia.

Samira Messiet se unió a AlcatelRadiotéléphone en 1992 y trabajaactualmente en la arquitectura desistemas en la Mobile PhonesBussines Unit, en Colombes, Francia.

Jean François Rubon forma partedel Grupo Alcatel desde 1991 y esel responsable de desarrollosoftware en la Mobile PhonesBussines Unit en Colombes, Francia.

DEMOSTRADOR RADIO UMTS

B. HABERLAND UMTS es un sistema de comunicaciones móviles detercera generación capaz de proveer servicios de

voz y multimedia en banda ancha.

■ Introducción

Alcatel ha desarrollado un DemostradorRadio de UMTS (Sistema Universal deTelecomunicaciones Móviles) para ayu-dar a la resolución de las complejidadesde este sistema móvil de comunicaciónde tercera generación. Alcatel irá adap-tando este desarrollo conforme a la evo-lución del trabajo de regularización delUMTS en el Instituto Europeo de Norma-lización de las Telecomunicaciones (ET-SI) y teniendo en cuenta las re a c c i o n e sde los operadores más significativos.

■ Qué es el UMTS

El objetivo principal del UMTS, igualque el del resto de los miembros de fa-milia IMT-2000 (Te l e c o m u n i c a c i o n e sMóviles Internacionales-2000), es ofre-cer servicios móviles multimedia re a l e sal mercado masivo. Es el paso siguienteen la evolución del Sistema Global deComunicaciones Móviles (GSM).

El Acceso Radio Te r re s t re del UMTS(UTRA) es actualmente la parte visibledel proceso de normalización del UMTS.Aunque la infraestructura radio será cla-ramente una clave para el éxito delUMTS, hay otros aspectos igualmenteimportantes que deben ser consideradosen los temas de convergencia y serviciosdel UMTS.

Hay tres aspectos esenciales que ca-racterizan el UMTS (ver Figura 1):

• Una nueva tecnología de acceso radioque ofrezca tasas pico de información

a usuario bastante superior a las dis-ponibles con GSM y otros sistemas desegunda generación.

• La convergencia de redes fijas y mó-viles, públicas y privadas, y la conver-gencia correspondiente de telecomu-nicaciones y comunicaciones de da-tos eliminarán la distinción entre es-tos tipos de redes y servicios, promo-viendo así la emergencia de nuevosproveedores de servicio.

• Una arquitectura de servicio flexibleque permita a los operadores aprove-char las capacidades del servicio ofre-cidas por las normativas del UMTS pa-ra desarrollar servicios innovadores di-rigidos a usuarios finales. Un compo-nente importante de éste será el VHE(Entorno de Hogar Virtual).

Acceso radio UMTS

Las normas para acceso radio UMTS es-tán todavía en desarrollo en el ETSI y

muchos parámetros importantes no sehan definido todavía. En particular, éstees el caso del diseño de la capa física quese está diseñando de acuerdo a las deci-siones básicas tomadas en la re u n i ó nNúmero 24 del grupo ETSI SMG, de ene-ro de 1998. En aquel momento se acordóque la base técnica para el acceso radiot e r re s t re del UMTS sería una combina-ción de tecnologías de Acceso Múltipleen Banda Ensanchada por División deCódigo (W-CDMA) y Acceso Múltiple porDivisión de Código y División de Ti e m p o(TD-CDMA), para ser usadas en modosde operación División Dúplex de Fre-cuencia (FDD) y División Dúplex deTiempo (TDD), respectivamente. Desdeentonces, el grupo SMG2 ha encabezadoel trabajo de afinamiento de re q u i s i t o s ,incluyendo terminales de bajo coste, ar-monización con GSM, operación en mo-do dual FDD/TDD y soporte de opera-ción en 5 MHz, tanto en el enlace ascen-dente como en el descendente. Esto con-

Figura 1 - Principales componentes de UMTS.

292


cluirá en una revisión sustancial del con-cepto del modo UTRA/TDD. Ta m b i é nson probables algunos cambios y re f i n a-mientos en el modo UTRA/FDD.

El resultado será una norma única ca-paz de soportar ambos modos de opera-ción, con un ancho de banda común y ba-rata. Con dicha norma armonizada, re-sultará eficiente en coste el desarrollo determinales capaces de soportar el triplemodo GSM y UTRA/FDD + UTRA/TDD, ycapaces de operar a través del mundoGSM y ofrecer capacidades inhere n t e sde Sistemas Inalámbricos UMTS-CTS,que son esenciales para la convergenciaf i j o - m ó v i l .

La Tabla 1 muestra la posible distri-bución, en términos de cobertura, servi-cios, capacidad y utilidad clave deseada,de una solución de acceso radio que in-cluye GSM, UTRA/FDD y UTRA/TDD.

Una arquitectura de red radio de estetipo, con mezcla de celdas, está re p re-sentada en la Figura 2.

■ Demostrador Radio UMTSde UTRA FDD

Condiciones de partida

El proceso de normalización de ETSIha fijado solamente algunos paráme-

tros básicos del UTRA FDD, basada enla elección de W-CDMA. Por eso, y co-mo primer paso, el Demostrador RadioUMTS se usará para verificar el inter-faz aire de un sistema W-CDMA. Gra-cias al uso de componentes con sufi-ciente capacidad de almacenamientoy proceso, y a su flexible diseño, esteDemostrador Radio UMTS puede serampliado de acuerdo a los avances delproceso de normalización en curso.

Objetivos

El Demostrador Radio UMTS nos mos-trará cómo manejar las complejida-

des del UTRA en modo FDD. Median-te el uso de técnicas avanzadas, talescomo receptor RAKE/buscador de ca-mino, sistemas de antenas dire c t i v a sy detección multiusuario, se incre-menta la capacidad del sistema sobre-pasando los 50 canales de voz portransportadora, decreciendo la inter-f e rencia multiusuario.

El Demostrador Radio UMTS darárespuestas en relación al diseño ópti-mo del sistema, volumen, consumo depotencia y condiciones ambientales. Ymediante pruebas de campo, se ob-tendrá experiencia en la planifica-ción de red radio.

Figura 2 - Arquitectura de Red UMTS.

Tabla 1 - Desglose de los modos de acceso radio en términos de cobertura, servicios, capacidad y uso principal deseado.

293

Método de Acceso GSM UTRA/FDD UTRA/TDD

Cobertura Red global/ Suburbano/urbano Urbano/ interioresinternacional

Servicios:Circuitos Conversación, Conversación, vídeo, Conversación, vídeo,

64 Kbit/s simétrico 384 Kbit/s simétrico 384 Kbit/s simétricoPaquetes 110 Kbit/s simétrico 384 Kbit/s simétrico 2 Mbit/s asimétrico

Capacidad Moderada Alta Muy alta

Uso principal Cobertura de red global Capacidad para servicios Capacidad para serviciospor conmutación de circ u i t o s . de paquetesCobertura total de ciudad Cobertura en interiores ypara servicios de paquetes capacidad para todos los

serviciosItinerancia inter-regional Aplicaciones privadas

usando UMTS CTS

Tipos de celda Macro Macro MicroceldasMicroceldas Microceldas Picoceldas

CTS


Tabla 2 - Características básicas del sistema.

El Demostrador Radio UMTS per-mite al usuario probar aplicacionestales como acceso a Internet a altavelocidad, vídeo en móviles y otrosservicios innovadore s .

El desarrollo global se divide ent res configuraciones difere n t e s :

• Configuración 1: Comportamiento fí-sico de un enlace ascendente y des-cendente con validación de los algo-ritmos recibidos.

• Configuración 2: Demostración de lared radio con control de potencia ytraspaso imperceptible de canal.

• Configuración 3: Comportamiento fre n-te a crecimiento de capacidad.

La capacidad de la celda está limita-da por la interferencia del canal as-cendente y el amplificador de poten-cia del transmisor. La fuerza de la in-t e r f e rencia depende de:

• El número de abonados activos en lapropia celda y en las vecinas.

• La distribución de abonados activosen la propia celda y en las vecinas.

• El número de sectores.• La tasa media de información de los

servicios activos.• La calidad seleccionada para los ser-

vicios activos.

• El control automático de potenciade la estación móvil y de la estaciónb a s e .

• Los algoritmos de traspaso de canalsuave y muy suave.

• El algoritmo de Transmisión Discon-tinua (DTX).

• El tipo de servicio: conmutación decircuitos o paquetes.

Se puede usar el Demostrador para in-vestigar la dependencia entre capaci-dad de celda e interferencias.

■ Especificaciones Técnicas

Características importantes delsistema

El Demostrador Radio UMTS está ali-neado con las normativas del ETSI.Cada paso de normalización dado seha incorporado automáticamente ensu proceso de desarrollo. Aquellos pa-rámetros todavía no definidos en do-cumentos ETSI, se han estimado ba-sándose en la experiencia existente oen simulaciones. La Tabla 2 re s u m elas características más importantesdel sistema.

Las tres configuraciones solo se di-f e rencian en dos parámetros. En las

Configuraciones 1 y 2, se usa el De-mostrador Radio UMTS en la bandaGSM 1800, mientras que en la Confi-guración 3, sólo se puede usar en labanda de frecuencias de UMTS com-binándolo con una potencia máximade salida de la Estación Tr a n s c e p t o r aBase (BTS) de +48dBm (en lugar delos +46dBm del GSM 1800). Para pro-bar el interfaz aire, se simula la in-t e r f e rencia de canal mediante ruidob l a n c o.

La Tabla 3 muestra la estructuralógica de canal, de acuerdo al UIT-RM.1035, que se ha usado para el De-mostrador Radio UMTS.

Fases de desarrollo

Configuración 1En la Configuración 1, el DemostradorRadio UMTS está formado por una es-tación base y una estación móvil, am-bas equipadas con un transceptor. Jun-to con un simulador multi-camino (queincluye un generador de ruido blanco),se puede simular completamente el bu-cle cerrado de una transmisión ascen-dente y descendente, incluyendo pro-pagación multi-camino e interferencia.Esto permite la evaluación de los algo-ritmos de modulación/demodulaciónen fase y en cuadratura, de expan-

294

Configuraciones 1 y 2 Configuración 3

Esquema de Acceso Múltiple UTRA FDD

Banda de Frecuencias Ascendente: 1.710 - 1.785 MHz

Descendente: 1.805 - 1.880 MHz Banda UMTS

Ancho de Banda 5 MHz

Tasa de circuito 4.096 Mbit/s

Longitud de Trama 10 ms.

Sincronización entre EB Asíncrono

Sincronización de EM Algoritmo síncrono

Canal – Interferencia Ruido blanco

– Propagación Simulación ETSI de camino múltiple

Potencia de FR – EB 30 dBm/canal de tráfico, máximo 46 dBm (48 dBm para UMTS)– EM 24 dBm/canal de tráfico


sión/concentración de la señal, de codi-ficación/descodificación seudo-aleato-ria, de búsqueda de camino, y el de de-tección restringida de canal por accesoaleatorio (RACH, Random AccessChannel) y receptor RAKE

La Figura 3 muestra la arquitecturadel Demonstrador en la Configuración 1que podrá facilitar resultados sobre :

• Relación entre señal del canal de trá-fico y ruido;

• Tasa de errores de bits del canal deseñalización de tráfico;

• Confirmación de la capacidad esti-mada de canales de tráfico;

• Conformidad con los perfiles multi-camino de ETSI;

• Trazas de las Capas 2/3.

Configuración 2La Configuración 2 permite investigarel comportamiento físico de dos cana-les ascendentes y descendentes com-pletos para voz y datos, incluyendo pro-pagación multi-camino e interferencia.En esta configuración, el Demonstra-dor está formado por dos estacionesmóviles, dos estaciones base y un emu-lador de red, según se muestra en laFigura 4. La Tabla 4 resume las prin-cipales características técnicas especí-ficas de la Configuración 2.

En la Configuración 2, se puede usarel Demostrador Radio UMTS para:

• Verificar los resultados de la Configu-ración 1: interfuncionamiento, tras-

paso suave de canal y control de po-tencia.

• Montar una experiencia real.• Derivar reglas de dimensionado para

planificación de red radio.

Configuración 3En la Configuración 3, el Demonstra-dor provee transmisión de datos a 384Kbit/s por conmutación de paquetes.

Se optimiza su capacidad mediante eluso, en el emulador de red, de DTX,antenas sectoriales, antenas adaptati-vas, detección multiusuario, algorit-mos de control de portadoras radio yde control de portadoras ATM (Modode Tr a n s f e rencia Asíncrona).

Esta configuración permitirá eva-luar el comportamiento del sistemapara datos por conmutación de pa-

Figura 3 - Arquitectura del Demostrador Radio UMTS para la Configuración 1.

Figura 4 - Arquitectura del Demostrador Radio UMTS para la Configuración 2.

Tabla 3 - Estructura de canales lógicos, provista en el Demostrador Radio UMTS (x= disponible).

295

Configuración 1 Configuraciones 2 y 3

Canal Común de Control

(BCCH) Canal de Difusión (descendente) x x

(FACH) Canal de Acceso Adelante (descendente) x x

(PCH) Canal de Rastreo (descendente) x x

(RACH) Canal Aleatorio de Acceso (ascendente) una ranura de código fijo x

Canales Dedicados

(DCCH) Canal Dedicado de Control (descendente, ascendente) x x

(DTCH) Canal Dedicado de Tráfico (descendente, ascendente) x x


quetes y el incremento de capacidadrequerido, para determinar los límitesen capacidad de un sistema UTRA enmodo FDD.

Estación base

En la Configuración 1, la estación baseestá constituida por un armazón quecontiene:

• Módulos transmisores y receptorespara procesamiento analógico de lasseñales transmitidas y recibidas, res-pectivamente.

• Placa de procesamiento de voz paradescodificar el canal de voz, el codifi-cador de conversación y la intercone-xión con el portátil.

• Varios módulos de procesamiento deseñal que proveen las funcionalida-des de generador de transmisión, de-tector RACH, receptor RAKE y unbuscador de caminos para la señal deusuario.

• Módulo de control que maneja todoslos protocolos de señalización y daacceso a todos los datos básicos quedeben medirse.

• Módulo de suministro de potencia.

En la Configuración 2, se añaden mó-dulos adicionales de procesamiento

de señal para descodificar los cana-les de datos de 384 Kbit/s, así comoun interfaz de línea ATM con cuatrointerfaces E1.

La placa de procesamiento de vozno se usa en las Configuraciones 2 y3, ya que la estación base se conectaal emulador de re d .

Para la Configuración 3, la esta-ción base se equipa como una confi-guración sectorial con 3x1 transpor-tadoras. Se añade una placa transmi-sora de módulo lineal para suavizarlas características del amplificadora potencias altas de salida. Se dedi-carán dos sub-armazones a procesa-miento analógico de las tres cadenasreceptoras/transmisoras. Está pre-vista la formación de haces tanto as-cendentes como descendentes me-diante el uso de antenas inteligentesy/o antenas matriciales de fase. Seequipa un tercer sub-armazón solocon placas de procesamiento digitalde la señal.

La Figura 5 muestra la arquitec-tura general de un sector de la esta-ción base.

Estación móvil

Cuando se planteó el desarrollo deuna estación móvil de prueba, el

principal objetivo fue reutilizar elequipo disponible de estación base,s i e m p re que fuera posible. Como re-sultado, usa los mismos módulost r a n s m i s o res y re c e p t o res, placa deprocesamiento de voz y módulo dec o n t r o l .

Varios módulos de procesamientode señal realizan las funciones de ge-nerador de transmisión, procesadorde adquisición, receptor RAKE y bus-cador de caminos para la señal deusuario. Para la Configuración 2, seañade un descodificador de canal pa-ra datos a 384 Kbit/s, así como unterminal de datos.

Emulador de red

Para las Configuraciones 2 y 3 se usaun emulador de red, basado en elmismo hardware que las estacionesbase y móvil.

El emulador de red, además de unmódulo de control que maneja todoslos protocolos de señalización, tieneun interfaz de línea con cuatro inter-faces E1, una aplicación lógica simi-lar a la de la estación base, dos pla-cas de codificadores de voz (SPIRIT6K) con un interfaz audio cada una,un módulo de procesamiento de se-ñal y dos terminales de datos.

Tabla 4 - Características técnicas de la Configuración 2.

296

Estación Móvil 1 canal lento de señalización: (600 bit/s)

1 canal de datos: 384 Kbit/s (paralelo al de voz)

Estación Base Todas las funciones necesarias para atender a dos móviles

Emulador de Red Simulador de controlador de Red Radio con funcionalidad reducida

Simulador de núcleo de Red con funcionalidad reducida

Terminación de red para canales de voz/datos

Canales Capas 1, 2 y 3 completas

Ascendente/Descendente Todos los escenarios de capa 3 para originado/terminado en móvil

Establecimiento/liberación de llamada; traspaso suave de canal

Control rápido de potencia Estación Base y Estación Móvil

Traspaso suave Combinación de suave (en canal descendente) y selectivo (en ascendente)

Diversidad de Antena Disponible en ascendente

Velocidad Hasta 500 km./h

Interfaz BTS/emulador de red Protocolo ATM sobre enlaces 2 Mbit/s (AAL 2/5)


■ Conclusiones

El modo de operación FDD (W- C D-MA) del UTRA, es un nuevo reto enlas tecnologías para acceso radio encomparación con el GSM. Se re q u i e reun interfaz ATM para asegurar servi-cios con tasas variables de informa-ción de una forma eficiente. El De-mostrador Radio UMTS es un primer

desarrollo orientado a resolver todoslos factores técnicos involucrados enla definición de la arquitectura (in-cluyendo su capacidad) de un pro-ducto BTS, antes de comenzar el de-sarrollo del producto. Estos factores son:

• Definición e implantación de un algo-ritmo receptor (incremento en pro-

cesamiento de señal por un factor de100 en comparación con GSM).

• Algoritmos de control de potencia ytraspaso imperceptible de canal.

• Antenas adaptativas.• Amplificador lineal de potencia.• Realización de canales de datos en

banda ensanchada (384 Kbit/s).• Realización de servicios de paquetes

en el interfaz aire.• Interfaz ATM para el controlador de

red radio.

Para resolver todos estos desafíos téc-nicos, es esencial el uso de los compo-nentes más rápidos de procesamientode señal digital disponibles en el mer-cado. Además, se puede usar el Demos-trador Radio UMTS para investigar al-goritmos de traspaso suave de canal yalgoritmos de gestión de recursos decontrol de portadoras radio y ATM parael controlador de red radio.

297

Bernd Haberland es responsable delproyecto para el Demostrador RadioUMTS en el Centro de Diseño deBTS de la División de Alcatel deComunicaciones Móviles, enStuttgart, Alemania.

Figura 5 - Diagrama de bloques funcionales de un sector.

■ Introducción

Cada vez con más frecuencia, surge enlos medios de comunicación la cuestiónsobre los riesgos potenciales de los te-léfonos móviles. La principal sospechase centra en las ondas de radio que co-nectan el terminal móvil con las esta-ciones base de la red celular.

Cuando, al principio de los años 90,comenzó el desarrollo de los terminalesGSM, Alcatel impulsó programas de in-vestigación para analizar las interaccio-nes físicas entre el teléfono móvil y el u-suario, a fin de poder certificar el cum-plimiento de las normas internacionales.

Los estándares sobre protección for-man el marco general de tales investi-gaciones y establecen los umbrales deexposición a los campos electromagné-ticos del público y de los trabajadores.Dichos estándares han sido definidospor expertos científicos y médicos inde-pendientes. Los estándares de aplica-ción, en particular, conciernen a losprotocolos a seguir para verificar queciertas categorías de productos cum-plen con los estándares de protección.Estos estándares han sido definidos porlas organizaciones de estandarización yestán basados en las investigaciones re-alizadas por laboratorios que trabajanen electromagnetismo.

La primera parte de este artículotrata sobre los principios básicos de losestándares actuales. En la segunda par-te, se describen las técnicas que Alcatelusa durante el desarrollo del productopara racionalizar la radiación proce-dente de los teléfonos móviles.

■ Estandarización

Estándares sobre protección

En el dominio de las frecuencias de ra-dio, la estructura general de los están-dares de protección gozan de un ampliosoporte internacional.

PrincipiosLa Comisión Internacional sobre Pro-tección de la Radiación No-Ionizante(ICNIRP) está reconocida formalmen-te por la Organización Mundial de laSalud (OMS) para definir las pautas aseguir sobre la exposición a la radia-ción electromagnética en relación conla salud. Esta comisión ha actualizadorecientemente las normas generaless o b re los umbrales de exposición a loscampos electromagnéticos para fre-cuencias desde 0 a 300 GHz [1]. Eneste documento se definen las re s t r i c-ciones básicas de los niveles de expo-sición a los campos electromagnéticosde la población y, a partir de ellos, sederivan los niveles de re f e rencia parasu aplicación de forma sencilla.

Los estándares consideran dos ti-pos de personas: trabajadores y públi-co en general. Los trabajadores sonconsiderados por el ICNIRP comoadultos expuestos bajo condicionesgenerales y que son entrenados a to-mar las precauciones apropiadas fre n-te al riesgo potencial que ello supone[1]. El público en general significa to-das las demás personas de la pobla-ción. El estado de salud puede variarsignificativamente de una persona a

otra y, por consiguiente, se aplica unmargen de seguridad adicional. El lí-mite de exposición para el público es,generalmente, cinco veces mas bajoque el de los trabajadore s .

Restricciones básicasEn el dominio de la frecuencia de ra-dio, la restricción básica es la Tasa deAbsorción Específica (SAR) que repre-senta la potencia absorbida por unidadde masa. Se expresa en watios/kg. Si to-do el cuerpo está expuesto a la radia-ción, se define el valor medio SAR co-mo la razón entre la potencia total ab-sorbida por la persona y la masa de sucuerpo. En particular, cuando sólo unaparte del cuerpo está expuesta a la ra-diación, el SAR también se evalúa conrelación a una masa de referencia (porejemplo, 10 g). En este caso se puedetolerar localmente un mayor SAR, detal manera que no exceda el valor SARmedio, y que el SAR local esté en elmargen de 20 a 50 dependiendo del es-tándar y de la parte expuesta del cuer-po (Tabla 1).

Niveles de referenciaLa evaluación del SAR generalmentere q u i e re de técnicas sofisticadas demedida y de un modelo del cuerpohumano. Los estándares de protec-ción, por consiguiente, han deducidolos niveles de re f e rencia para medi-das directas de los campos eléctricosy magnéticos y de la densidad de lapotencia electromagnética ambien-tal. Estas medidas se realizan en ellugar donde una persona puede estar

298

RADIACIÓN DE RADIO FRECUENCIA DE LOSTELÉFONOS MÓVILES

C. GRANGEAT Las nuevas herramientas para caracterizar y simular la radiación de frecuencias de radio de los

teléfonos móviles están siendo utilizadas,con éxito, para racionalizar los productos desde su

más temprana etapa de diseño.

RADIACIÓN DE RADIO FRECUENCIA DE LOS TELÉFONOS MÓVILES

299

expuesta a la radiación. Los nivelesde re f e rencia también tienen encuenta los márgenes específicos adi-cionales que se incluyen a las re s t r i c-ciones básicas.

Contexto internacionalEl trabajo del ICNIRP complementalas recomendaciones de los otros or-ganismos de re f e rencia, tales como elInstituto de Ingenieros Eléctricos yElectrónicos (IEEE) en EE.UU. [2] yel Comité Europeo para la Estandari-zación Electrotécnica (CENELEC)[3]. En los Estados Unidos, las re c o-mendaciones del IEEE para el SARhan sido adoptadas por la ComisiónFederal de Comunicaciones (FCC).Todos los nuevos productos vendidosa partir de Agosto de 1996 están suje-tos a esta regulación [4].

La Tabla 1 resume los límites im-puestos por los principales documentosde re f e rencia. El valor medio del SAR esobjeto de un amplio consenso interna-cional. El nivel SAR local definido por elIEEE es un poco más exigente, pero su

orden de magnitud es consistente conel definido en los estándare s .

Estándares de aplicación

Cuando se utiliza el teléfono móvil lacabeza de los usuarios se sitúa muycercana al dispositivo emisor. Porconsiguiente, se deben usar técnicasespeciales para la medida del SAR.

Potencia transmitidaEl nivel de exposición de un usuariode teléfono móvil depende dire c t a-mente de la potencia transmitida porel dispositivo. Con los sistema de Ac-ceso de Multiplexación por Divisiónen el Tiempo, como es el caso delGSM o del DECT, el terminal transmi-te la potencia máxima en forma deimpulsos re g u l a res cortos durantetiempos de unos pocos milisegundos.La potencia media es proporcional ala potencia máxima y a la razón entreel tiempo de transmisión y el periododel ciclo. La Tabla 2 proporciona losórdenes de magnitud para los princi-

pales sistemas actuales. El valor delSAR depende directamente de la po-tencia media.

SAR medioLos actuales teléfonos móviles trans-miten una potencia media inferior aun watio. Aun considerando que lapotencia total transmitida sea absor-bida por el usuario, el SAR medio entodo el cuerpo permanece por debajodel umbral definido en los estándare sde protección. Similarmente, en elcaso de un terminal DECT el umbraldel SAR local no se excede si toda supotencia transmitida fuese absorbidapor una masa de tejido de 10 g. Sinembargo, este razonamiento no esaplicable a otros sistemas. Por consi-guiente, para verificar que no se ex-ceda el umbral del SAR local, se re-q u i e re un análisis más detallado de lapotencia absorbida.

SAR local Los métodos de medida usuales se ba-san en someter a exposición a un mo-

ICNIRP CENELEC IEEE

“Física de la Salud”, abril 98 ENV 50166-2:1995 C95.1-1991

Región de aplicación Internacional Europa EE.UU.

Margen de frecuencia 100 kHz - 10 GHz 10 kHz - 300 GHz 100 kHz - 6 GHz

SAR media (todo el cuerpo) 0,08 W.kg-1 0,08 W.kg-1 0,08 W.kg-1

SAR local 2 W.kg-1 2 W.kg-1 1,6 W.kg-1

Masa media 10 g (tejido contiguo) 10 g (cubo) 1 g (cubo)

SAR local (miembros) 4 W.kg-1 4 W.kg-1 4 W.kg-1

Masa media 10 g (tejido contiguo) 10 g (cubo) 10 g (cubo)

Tabla 1 - Restricciones básicas para la exposición del público general a la radiación electromagnética en el dominio de la frecuencia deradio, de acuerdo con las principales normas internacionales.

Tabla 2 - Potencia máxima transmitida por los teléfonos móviles y valores medios conectados.

Sistema Frecuencias transmitidas (MHz) Potencia máxima (W) Potencia media (W)

GSM 900 880 – 915 2 0,250

GSM 1800 1.710 – 1.780 1 0,125

DECT 1.880 – 1.900 0,250 0,01

PCS 1.850 – 1.910 1 0,125

Nota: SAR= Tasa de Absorción Específica = potencia absorbida por unidad de masa de tejido


delo artificial que represente al usuarioexpuesto a radiación de frecuencia deradio procedente de un teléfono móvil.El terminal se coloca en la posición deuso normal y, a continuación, se mideel campo eléctrico en el interior delmodelo, usando una sonda miniaturaisotrópica. A partir de estas medidas,finalmente, se calcula el máximo SARde referencia.

Documentos de especificación La introducción de las técnicas parala medida del SAR local ha llevado,durante los últimos años, a una consi-derable actividad de investigación. Laexperiencia adquirida por las univer-sidades, los operadores de comunica-ciones móviles y los fabricantes demóviles, ha sido recogida por los co-mités de estandarización con vistas adefinir una metodología que permitala certificación de los teléfonos móvi-les en relación a los estándares dep r o t e c c i ó n .

En Europa, el subcomité 211 delgrupo de trabajo Equipos de Te l e c o-municación Móviles del CENELECmaneja esta forma de trabajo. Esto hallevado a la adopción de la Especifi-cación Europea ES 59005 en mayo de1998 [5]. Se han publicado otros do-cumentos similares en Estados Uni-dos (Oficina de Ingeniería y Te c n o l o-gía de la FCC [6] y en Japón (Aso-ciación de las Industria de Radio yNegocios [7], y otros están en pre p a-ración dentro del IEEE y en la Comi-sión Electrotécnica Internacional.

Programas de investigaciónCon toda la experiencia adquirida enel desarrollo de sus propios métodosde verificación, y con el objetivo deayudar a preparar futuros estándare s ,Alcatel está participando en variosprogramas de investigación como sonel proyecto europeo CEPHOS (SMT)y el proyecto COMOBIO de la Red Na-cional de Investigación en Te l e c o m u-nicaciones (RNRT)

■ Medida del SAR Local

La estandarización de las medidas delSAR local se debe basar en un proto-

colo experimental que sea preciso ycompleto. A continuación, se descri-ben los parámetros más importantesdel procedimiento.

Modelo del usuario

Los modelos que re p resentan el cuer-po humano se denominan usualmentemaniquíes. Estos modelos consistenen una carcasa sólida que sea suscep-tible de ser atravesada por los camposelectromagnéticos y están hechos deun material de plástico o de fibra devidrio, por ejemplo (Foto 1).

La carcasa re p resenta el lado dere-cho o izquierdo de la cara. El otro la-do está abierto para que permita elacceso de la sonda de medida. El in-terior está lleno de un líquido que tie-ne unas propiedades dieléctricasequivalentes a las del cuerpo humanoa las frecuencias en cuestión. La su-perficie interna de la carcasa deter-mina la forma del maniquí. En la su-perficie exterior, las posiciones del oí-do y de la boca sirve como puntos dere f e rencia para el posicionamientodel terminal.

Comúnmente se usan tres tipos dem a n i q u í e s :

El maniquí canónico fue diseñadopor Alcatel usando simples, pero re-p resentativas, formas geométricas

(Foto 1 y Figura 1). Está formadopor una esfera truncada por dos pla-nos laterales que permiten incre m e n-tar la interacción con el terminal enla proximidad del oído [5,8]. El dis-positivo está posicionado con unagran precisión. Debido a la simplici-dad en su manejo, también se utilizapara comparar bancos de prueba ex-p e r i m e n t a l e s .

El maniquí genérico fue desarro-llado por el laboratorio BioEM/EMCen la Universidad de Zurich (Foto 2).Su forma es mas compleja [5,9]. Lasuperficie fue calculada a partir de lamedidas topológicas de 52 adultos,con el fin de que re p resentara la en-voltura externa de todas las caras.

Los maniquíes realistas están ba-sados en las medidas del propio cuer-po humano. Se han deducido variosmodelos de este tipo a partir de laimágenes médicas realizadas con Re-sonancia Magnética Nuclear [10,11].Para describir los tejidos de una for-ma precisa, el interior de la cabeza seha reconstruido mediante proceso deimágenes. Este tipo de maniquí se co-noce como maniquí heterogéneo. Sudesarrollo re q u i e re de considerablesrecursos y existen pocos modelos dis-ponibles en la actualidad. El maniquíde denomina maniquí homogéneocuando el interior del modelo consis-

Foto 1 - Banco de pruebas para la medida del SAR local con el modelo de maniquí canónico.

300


te en un único medio equivalente. Va-rios estudios han mostrado que los va-l o res del SAR calculados usando ma-niquíes homogéneos son tan re p re-sentativos o, incluso más, que los ob-tenidos usando maniquíes heterogé-

Figura 2 - Proceso del posicionamiento del móvil para la medida del SAR local.

Figura 1- Descripción del maniquí canónico para la medida del SAR local.

Foto 2 - Maniquí genérico para la medidadel SAR local.

neos [8,10]. Sin embargo, la interac-ción con el terminal depende de suforma y de las propiedades del medioe q u i v a l e n t e .

Posición del terminal

La posición normal para el uso del te-léfono móvil se define en dos etapas.En primer lugar, el auricular debe es-tar presionando al oído y estar alinea-do con el eje definido por dos canalesauditivos. La carcasa del teléfono mó-vil se pone, a continuación, en contac-to con el maniquí, permaneciendo eleje medio del terminal en el plano de-finido por los dos canales auditivos yel centro de la boca. Este método esmuy preciso y engloba a todo tipo demaniquíes y a todo tipo de teléfonos.El método ha sido adoptado por la FCC[6], el ARIB [7] y ha sido propuestoen el IEC. Las medidas deben ser to-

madas a la derecha o a la izquierda pa-ra asegurar que los resultados seanconsiderados en el caso peor.

La posición normal definida porCENELEC es similar [5]. La primeraetapa es exactamente la misma, es-tando el cuerpo del teléfono inclinado80 grados con relación a la línea queune los canales auditivos. También sehan propuesto otras posiciones demedida adicionales.

Calibración de la sonda de medida

Para la medida del SAR se han desa-rrollado sondas especiales. El campoeléctrico es detectado por tres dipo-los que son mutuamente ortogonalesy que tienen una longitud de entre 3 y5 mm [9]. El diámetro exterior de lasonda oscila entre 4 a 10 mm. Las ca-racterísticas de la sonda SAR se defi-nen por su factor de calibración, sen-

301


sibilidad, margen dinámico, lineali-dad, isotropía y respuesta temporal.Existen varias técnicas para evaluarestos parámetros [12, 13], bien me-diante una guía de onda llena con unlíquido equivalente al tejido, o usan-do una antena de re f e rencia que estáinmersa en un tanque que contiene elmismo líquido. Las dos técnicas estánsiendo actualmente comparadas convistas a limitar la incertidumbre de lac a l i b r a c i ó n .

Protocolo experimental

Las pruebas se deben realizar cuandoel terminal está transmitiendo en lamáxima potencia. Las baterías se car-gan previamente. La frecuencia se fijamediante la medida del periodo. El ter-minal se coloca frente al maniquí. Lasonda de medida se instala en un robot.La sonda y el robot se controlan me-diante un microprocesador (Foto 1).

La medida se realiza en dos etapas.En primer lugar, la sonda efectúa un ba-rrido en el interior del maniquí paramedir los niveles del campo eléctrico. Acontinuación, se procesan las lecturas yse calcula el valor medio del SAR pormasa de re f e rencia (10 g ó 1 g), y se de-termina el valor máximo que tiene lugaren el conjunto total del maniquí.

Como el maniquí está hecho de unúnico material absorbente, el valor má-ximo se encuentra cerca de la superfi-cie. Dado el tamaño total de la sonda, aveces no es posible tomar medidas eneste lugar y, como consecuencia, los ni-veles de la superficie se deben extrapo-lar a partir de las medidas realizadasen el interior. El SAR local y la incerti-dumbre o error de la medida dependede la validez de estos métodos de ex-trapolación.

Incertidumbre de la medida

La incertidumbre de la medida se eva-lúa en función de las principales fuen-tes de error que están asociadas con lascaracterísticas del maniquí, las carac-terísticas de la sonda, la posición de lasonda relativa al maniquí y los métodospara calcular el SAR a partir de los va-lores medidos. La incertidumbre totalse calcula usando la metodología defi-

nida por el ICE [14]. En el estado dela técnica actual, la incertidumbre esalrededor de 1 decibelio. Este orden demagnitud no es muy alto para las medi-das del campo electromagnético. Paraconfirmar este valor las investigacionescontinúan su progreso. El objetivo finales identificar las fuentes de error massignificativas y definir los protocolospara medir cada una de ellas. Esta eta-pa es fundamental para la definición delos estándares futuros.

■ Potencia Radiada

No toda la potencia emitida por el te-léfono móvil es radiada hacia la re d .Se producen algunas pérdidas debidoa la operación intrínseca del termi-nal. Otras pérdidas se deben a la ab-sorción por el usuario. La medida dela radiación se basa en métodos masconvencionales realizados en una cá-mara anecoica. Estos métodos han si-do adaptados para su acomodación alas peculiaridades de los teléfonosmóviles. Como la radiación no es di-reccional, la medidas se deben tomaren tres dimensiones alrededor de laesfera que rodea al terminal. Los aná-lisis se realizan en el terminal paraevaluar las pérdidas intrínsecas, o enel terminal con el maniquí para de-terminar el comportamiento en uson o r m a l .

Modelo del usuario

La interacción entre el teléfono móvily el cuerpo humano no está limitada alas proximidades de la cabeza. El ma-niquí debe re p resentar la cabeza y laparte superior del pecho. Actualmen-te las medidas se realizan usando elmaniquí canónico o el maniquí gené-rico. El terminal se coloca en la posi-ción de uso normal en el lado izquier-do o en el derecho del maniquí.

Principios de la medida

El montaje de medida desarrolladopor Alcatel (Figura 3) consta de dossistemas de posicionamiento. La son-da se instala en el eje horizontal y mi-de las polarizaciones vertical y hori-

zontal de los campos electromagnéti-cos. El teléfono móvil y el maniquí (oel terminal sólo) se montan en unamesa giratoria. El eje del maniquí esparalelo al eje de la sonda. Una vuel-ta completa de la mesa giratoria per-mite que el flujo de potencia radiadasea medido en el plano meridional.Todo ello permanece, y al pivotar elmaniquí en su eje, permite obtener lamedida en otros planos meridionales.Un conjunto de 6 a 12 planos meridio-nales es suficiente para determinar laradiación sobre todo la esfera alre d e-dor del maniquí. El banco de pruebasestá totalmente automatizado, de ma-nera que tarda menos de 15 minutosen una secuencia completa de captu-ra de datos. Las medidas se procesanpara re p resentar los diagramas de di-rectividad y para calcular la potenciatotal radiada.

■ Simulaciones

Los métodos de simulación electromag-nética soportan no solamente el desa-rrollo de los montajes de medida y elanálisis de los maniquíes, sino tambiénel diseño de los futuros terminales.

ELSA

Alcatel ha desarrollado el SoftwareElectromagnético para Antenas (EL-SA) para realizar la simulación y la me-dida, el proceso de los resultados y surepresentación gráfica. El núcleo de lacomputación consiste en el softwareAD [15], que resuelve las ecuacionesde Maxwell usando el método de ele-mentos finitos aplicado al plantea-miento formal de las ecuaciones inte-grales. El software I-DEAS Master Se-ries se usa para entrelazar las estructu-ras y para representar la distribuciónde las corrientes eléctrica y magnéticao del SAR en las interfaces.

Soporte experimental

La simulación electromagnética ofre-ce una mayor flexibilidad en la deter-minación de ciertos parámetros de losbancos de prueba. Por ejemplo, el va-lor del SAR depende de la constante

302


dieléctrica y de la conductividad dellíquido equivalente al tejido biológi-co. La simulación del SAR para dife-rentes valores de la permitividad y dela conductividad ha verificado que losv a l o res elegidos son re p re s e n t a t i v o sde la situación de la vida real [18].

También se ha usado la simulaciónpara estudiar la influencia de la formade los maniquíes (Figura 4) y para va-lidar los algoritmos utilizados para laextrapolación del SAR local a partir delas medidas del campo eléctrico.

Soporte al diseño

La flexibilidad de las simulaciones seutiliza para el diseño y desarrollo delos terminales móviles. El primer be-neficio es conocer la influencia de losparámetros principales de diseño delproducto, desde las etapas más tem-pranas del desarrollo. Los re s u l t a d o sde la simulación se validan a conti-nuación en los primeros prototipos.En la fase de desarrollo del producto,la simulación se usa para evaluar cier-tas opciones que resultarían difíciles ylargas en tiempo para su validaciónmediante la experimentación.

Este trabajo se está realizando ene s t recha colaboración con la divisiónde Alcatel responsable del desarrollode telefonía móvil y ha sido amplia-mente usado en el diseño de los pro-ductos de Alcatel, particularmenteen el nuevo abanico de los terminalesduales.

■ Conclusiones

La racionalización de la radiación de lafrecuencia de radio procedente de losteléfonos móviles tiene dos objetivos:

• asegurar que los productos cumplancon las normas internacionales parala protección del usuario.

• reducir las pérdidas de la señal debi-do a la interacción con el usuario, demanera que se mejore la calidad de lallamada y la vida de la batería.

Para conseguir estos objetivos, se handesarrollado nuevos métodos experi-mentales y programas de ordenador,que se han usado en las etapas inicia-les del diseño del producto, inclusoantes de que estuviese disponible elprimer prototipo. Los métodos de cer-tificación cumplen con la normativai n t e r n a c i o n a l .

A pesar de las re c o m e n d a c i o n e sactuales, algunos usuarios se sientenp reocupados por los aspectos de la sa-lud relacionados con las ondas de ra-dio procedentes de los teléfonos mó-viles. Numerosos laboratorios de bio-logía han realizado investigacioness o b re este respecto. Expertos consul-tados por la Comisión Europea, inclu-so la Organización Mundial de la Sa-lud, consideran que ninguno de losresultados publicados hasta la fechaprueban que exista algún problemade salud motivado por el uso de los te-léfonos móviles, pero ellos re c o n o c e nla conveniencia de realizar estudiosadicionales. Este tipo de investiga-ción no está dentro de la competenciad i recta de los fabricantes de teléfonosmóviles, sino que ello es de su re s-ponsabilidad para asegurar que lamateria esté totalmente investigada.Alcatel está proporcionando soporte alas iniciativas de investigación na-cionales e internacionales re a l i z a d a spor organizaciones médicas, epide-miológicas y biológicas independien-t e s .

■ Referencias

1 I C N I R P, “Guidelines for Limiting Ex-p o s u re to Time Varying Electric, Mag-netic and Electromagnetic Fields (up300 GHz)”, Health Physics, Vol. 74,n°4, págs, 499-522, Abril 1998.

2 IEEE C95.1-1991, “Standard for Sa-fety Levels with Respect to HumanExposure to Radio Frequency Elec-tromagnetic Fields, 3 kHz to 300

Figura 3 - Banco de pruebas para la medida de radiación procedente de los teléfonosmóviles en un cámara anecoica.

Figura 4 - Comparación de la distribución superficial de SAR para varios montajes a 900MHz. Los modelos están en la misma escala.

Maniquí Canónico Maniquí Realista

303


GHz”, Septiembre 1991.3 ENV 50166-2:1995, “Human exposure to

electromagnetic fields-High Fre q u e n c y(10 kHz to 300 GHz)”, Enero 1995.

4 FCC 96-326, “Guidelines for Evalua-ting the Environmental Effects of Ra-d i o f requency Radiation”, Agosto 1996.

5 ES 59005, “Considerations for theevaluation of human exposure toElectromagnetic Fields (EMFs)from Mobile Te l e c o m m u n i c a t i o nEquipment (MTE) in the frequencyrange 30 MHz-6 GHz”, Mayo 1998.

6 FCC OET Bulletin 65 Supplement C,“Additional Information for Evalua-ting Compliance of Mobile and Por-table Devices with FCC Limits forExposure to Radiofrequency Emis-sions”, Diciembre 1997.

7 ARIB STD-T56, “Specific AbsorptionRate (SAR) Estimation for CellularPhones”, version 1.0, Enero 1998.

8 C. Grangeat y otros, “Dosimetry of

GSM hand-held terminals with mul-ti-layer head models”, 18th AnnualMeeting of the BioelectromagneticsSociety (BEMS), Victoria, Junio 1996.

9 N. Kuster y otros, “Dosimetric Evalua-tion of Handheld Mobile Communica-tions Equipment with Known Pre c i-sion”, IEICE Trans. COMMUN., vol.E80-B, n°5, págs. 645-652, Mayo 1997.

10 V. Hombach y otros, “The Dependan-ce of EM Energy Absorption UponHuman Head Modeling at 900 MHz”,IEEE Trans. MTT, vol. 44, n° 10,págs. 1865-1873, Octubre 1996.

11 J. Wiart y otros, “Calculation of thepower deposited in tissues close to ahandset antenna using non uniformFDTD”, Proc. of the Second WorldCongress for Electricity and Magne-tism in Biology and Medicine, Bolo-nia, Junio 1997, Plenum Press.

12 K. Meier y otros, “Broadband Cali-bration of E-Field Probes in LossyMedia”, IEEE Trans. MTT, vol. 44,

n°10, págs. 1954-1962, Octubre 1996.13 L.N. Ahlonsou y otros, “Principes de

caractérisation des sondes isotropesde mesure du champ électrique enmilieu équivalent aux tissus biologi-ques”, 10èmes Journées Internatio-nales de Nice sur les Antennes (JI-NA98), Noviembre 1998.

14 IEC, “Guide to the expression of un-certainty in measurement”, edición1 . 0 .

15 J.P. Martinaud y otros, “Conceptiondantennes par la technique des élé-ments finis mixtes”, Annales des Té-lécommunications, vol. 44, n°9-10,págs. 464-474, 1989.

Christophe Grangeat es jefe deDosimetría y de la sección de Diseñode Antenas del Departamento deRadio Comunicaciones en el Centrode Investigación Corporativo deAlcatel, Marcoussis, Francia.

304

■ Introducción:Consideraciones dePropagación

Durante 50 años, la radio por micro-ondas se ha utilizado fre c u e n t e m e n t epara una variedad de comunicacionesque incluye la telefonía de larga dis-tancia, las emisiones de televisión deámbito nacional y las llamadas telefó-nicas celulares. Hoy día, se está utili-zando cada vez más para saltarse lasportadoras de las centrales locales.En todo este período, hay una pre-gunta clave que ha supuesto un re t opara los ingenieros de radio encarga-dos de diseñar estos sistemas: ¿Hastadónde puedo llegar?

La disponibilidad del sistema, lasespecificaciones del equipo, la clima-tología local y el terreno tienen unfuerte impacto en la longitud de uncamino de microondas y su re n d i-miento. Este artículo se centra en lasf recuencias utilizadas en los Servi-cios Locales de Distribución Multi-punto (LMDS) y en el Acceso de Ra-dio por Banda Ancha (BBRA), en loscuales la lluvia es el principal factorque hay que controlar.

Los servicios LMDS y BBRA setransmiten desde ejes centralesusando antenas de sector omnidire c-cionales o de haz ancho con aberturaangular de haz de 45°, 90° ó 180°. Eltransmisor del eje se une con las po-siciones de abonado equipadas conantenas direccionales, montadas enlos tejados, de 10 a 12 pulgadas (25 a30 cm.). Una cuidada planificación

de Radio Frecuencia (RF) es un re-quisito para asegurar que se estable-ce un enlace con disponibilidad acep-table entre el transmisor del eje y ca-da posición de abonado. Las conside-raciones de diseño de ingeniería enlas bandas de frecuencia de los LMDSy del BBRA difieren, de forma espec-t a c u l a r, de aquellos que se utilizabancuando se diseñaron los más tradicio-nales enlaces de radio punto-a-puntopor microondas, funcionando a fre-cuencias por debajo de 11 GHz.

■ Propagación a AltaFrecuencia

A la parte del espectro de fre c u e n c i ae n t re 30 y 300 GHz se la llama la ban-da de onda de milímetro, ya que laslongitudes de onda se corre s p o n d e ncon frecuencias que van de 1 a 10mm. A estas longitudes de onda, la de-gradación de propagación que deter-mina la disponibilidad del enlace di-f i e re de los factores de control en lasbandas S y X. Mientras que la pérdidade espacio libre entre los elementosque radian es el colaborador comúnmás importante para la pérdida de se-ñal, las principales consideracionesde propagación en las longitudes deonda de milímetro incluyen [1]:

• atenuación causada por los gases at-mosféricos (pérdida de espacio libre ) .

• atenuación causada por pre c i p i t a-c i o n e s .

• atenuación por follaje (árboles).

• atenuación por difracción (separa-ción de la línea de posición).

• atenuación causada por re f l e x i ó n / d i s-persión de señal (edificios ó terre n ol l a n o ) .

Diseñando cada enlace entre el eje y elabonado, con al menos el 60% de la pri-mera separación de la zona de Fresnelcon respecto a las dificultades del te-rreno, se pueden mitigar las pérdidascausadas por el follaje, la difracción yla dispersión de señal. Las pérdidasque resultan de la absorción de la señalpor el vapor de agua y el oxígeno sonimportantes y se deben incluir en loscálculos del presupuesto del enlace.Las pérdidas de absorción son una fun-ción de la longitud del camino y se pue-den determinar, junto con la pérdidadel espacio libre, dado que se conoce elcontenido de vapor de agua. La degra-dación restante y, al mismo tiempo, elmayor colaborador en la degradaciónde la señal en la longitud de onda demilímetro es la atenuación por lluvia.

Cuatro cantidades se tienen que te-ner en cuenta en la predicción de laatenuación de lluvia [2]:

• las pérdidas causadas por el agua eno sobre la antena.

• la longitud efectiva de camino.• la distribución de la tasa de lluvia.• la atenuación específica.

Las pérdidas causadas por el agua, tan-to dentro como fuera de una antena,pueden ser considerables, dependien-do de las características del radomo o

CONSIDERACIONES SOBRE LA PROPAGACIÓNA ALTAS FRECUENCIAS

M. A. MEAD Las condiciones de lluvia juegan un papel clave enel diseño de los sistemas de radio por microondas

y pueden afectar de manera importante a la distancia cubierta.

305


de la superficie pintada del elementoque radia. Dependiendo de la natura-leza hidrófoba del exterior del ele-mento que radia, durante un períodode lluvia, el agua formará o una pelí-cula sobre la superficie, o bien peque-ñas gotas. Los estudios han mostradoque un espesor de la película de aguade entre 0,2 y 0,3 mm. dará lugar auna atenuación de 7 a 9 dB, mientrasque las gotas de agua pueden dar lu-gar a una atenuación de 1 a 1,5 dB[3]. Esta pérdida de humedad del ra-domo degrada el margen de atenua-ción de la lluvia hasta tal punto, quelos cortes debidos al desvanecimientoinducido por la lluvia pueden llegar aser significativos.

El margen de atenuación de lluviason las pérdidas de humedad del rado-mo de las antenas, sumadas al margendel desvanecimiento térmico del ca-mino. Si un enlace de radio, funcio-nando a longitudes de ondas de milí-metro, se diseña con un margen deldesvanecimiento térmico de 35 dB, ylas antenas se utilizan de forma queproduzcan láminas de agua durante lalluvia, el margen de atenuación de llu-via se degradará como mucho 8 dB porantena. En consecuencia, un aguaceroque produzca sólo un desvanecimientode 19 dB produciría un corte.

La longitud efectiva del caminotiene en cuenta el perfil no uniformede la célula de lluvia. La lluvia ligeracae generalmente sobre una áre agrande, mientras que la lluvia fuertese concentra en una célula localizadadentro de una región de lluvias másgrande. Para trayectos cortos de entre2 y 5 km., la tasa de precipitación se-rá equitativamente uniforme a lo lar-go del camino. No obstante, en tra-yectos largos la tasa de pre c i p i t a c i ó nno será uniforme, ya que la lluviafuerte se reducirá a sólo una parte delcamino. Este pequeño tramo del ca-mino re p resenta la longitud efectivadel camino. La UIT-R define la longi-tud efectiva del camino como la longi-tud de un hipotético camino obtenidadesde los datos por radio, dividiendola atenuación total por la atenuaciónespecífica que excede en el mismoporcentaje de tiempo [4]. La mayoríade los modelos de atenuación de llu-

via se basan en una relación empíricad i recta entre una tasa de lluvia de su-perficie y una longitud efectiva delcamino la cual, cuando se multiplicapor el valor específico de la atenua-ción para la tasa de lluvia de la su-perficie, produce el valor deseado deatenuación [5].

■ Regiones de Lluvia

Al registrar la tasa media más alta delluvia durante 1 ó 5 minutos por año,en un determinado puesto de medi-

das, se suministran datos a partir delos cuales se pueden elaborar distri-buciones de la tasa de lluvia. A g r u-pando estaciones de medida con distri-buciones similares, es posible hacer unmapa climático de la re g i ó n .

Los mapas de lluvias por re g i o n e shan sido propuestos por la Unión In-ternacional de Te l e c o m u n i c a c i o n e s -Radio (UIT-R), anteriormente CCIR,y por Robert Crane [5]. Estos mapasse usan tradicionalmente como unaalternativa cuando no están disponi-bles los datos medidos de la tasa dep recipitaciones de lluvia. Alcatel, no

Figura 1 - Curva de frecuencia intensidad y duración de las precipitaciones de lluvia enDallas Texas.

Figura 2 - Regiones de tasa de lluvia de Alcatel en Estados Unidos.

306

CONSIDERACIONES SOBRE LA PROPAGACIÓN A ALTAS FRECUENCIAS

obstante, utiliza distribuciones de latasa de lluvia durante 5 minutos basa-das en los datos actuales re g i s t r a d o sen 263 estaciones meteorológicas delos Estados Unidos, durante un perío-do de 50 años. Ello suministra unasp redicciones significantemente másp recisas de los cortes re l a c i o n a d o scon la lluvia. La Figura 1 muestra unejemplo de la curva de frecuencia deintensidad/duración de precipitacionesde lluvia para Dallas, Texas [6].

Agrupando ciudades con pare c i d a sintensidades de precipitaciones, Al-catel ha clasificado siete regiones delluvia en los Estados Unidos (ver Fi-gura 2) las cuales son similares a lasregiones de lluvia de la UIT-R y deCrane. Ya que Alcatel normalmenteutiliza curvas actuales de intensidadmedida de precipitaciones para de-terminar los cortes debidos a la llu-via, y con el fin de facilitar la compa-ración acerca de cómo se puede al-canzar un camino, en los siguientesejemplos se usan las siete regiones dela Figura 2.

La atenuación específica es la pér-dida por kilómetro a lo largo de un ca-mino de radio. Es una función de latasa de lluvia, de la distribución deltamaño de las gotas, de la forma delas gotas y de la temperatura y veloci-dad de las gotas. Estos componentesse han combinado en los modelos deatenuación de lluvia, el más popularde los cuales ha sido desarrollado porRobert Crane [5]. El modelo de Cranetiene en cuenta las variaciones en eldiámetro de la celda, que depende dela tasa de lluvia, así como de la formaesférica achatada de las gotas de lalluvia y del impacto que tiene corre l a-ción con las señales polarizadas hori-zontalmente, comparado con el de lasseñales polarizadas verticalmente.

■ Aumento del Rendimiento

El tamaño de la celda LMDS dependede la ganancia del sistema del equipoR F, de la ganancia de las antenas deleje y del abonado, de la región de llu-via en la se encuentra localizado elsistema LMDS y de la disponibilidadaceptable del camino. Asumiendo que

el sistema RF suministra 104 dB deganancia del sistema, y las antenasdel eje y del abonado añaden re s p e c t i-vamente ganancias de 15 y 35 dB, laFigura 3 muestra como se puede au-mentar un radio de celda en cada unade las siete regiones de lluvia para va-l o res de disponibilidad de camino/cor-te que oscilan entre 99.9% (aproxima-damente 8 horas al año) y 99.9999%(aproximadamente 30 segundos al a-

ño). Se pueden alcanzar los radios decelda más grandes aumentando la ga-nancia total del sistema mediante:

• Mejora de la ganancia del sistema delequipo de RF.

• Uso de una antena del eje de gananciaalta ó ultraelevada (21 dBi ó 24 dBi).

• Aumento de la directividad de la an-tena del eje reduciendo el aberturaangular de haz de 90º a 45º.

Figura 3 - Efectos de la tasa de lluvia en las longitudes de onda de milímetro.

Figura 4 - Distancia a la que se puede extender la longitud de un camino aumentando laganancia del sistema en 6 dB.

307


• Aumento de la ganancia de la antenade abonado.

Los resultados mostrados en la F i g u-ra 3 ilustran además como estánafectadas las longitudes de onda demilímetro por las tasas de lluvia másbajas. La cifra de más alta disponibili-dad (99.9999% ó 30 segundos de cortepor año) se corresponde con las tasasde lluvia más bajas, mientras que lascifras de más baja disponibilidad sec o r responden con la tasa de lluviamás altas. La frecuencia más alta deaguaceros que producen las tasas delluvia más bajas en las regiones 4 y 7resultan de reducir los radios de lacelda en el caso de 99.9% de disponi-bilidad de camino. Este resultado esalgo inesperado, ya que tradicional-mente se espera que los cortes ocu-rran sólo durante los poco fre c u e n t e sfuertes chaparrones.

La Figura 4 ilustra la distancia enque se puede ampliar un camino alaumentar la ganancia del enlace delsistema por 6 dB. Para los casos dedisponibilidad de camino mayor, lalongitud adicional del camino que sepuede realizar es solo dos o tres déci-mos de una milla (0,3 ó 0,5 km.). Porcontra, para los casos de disponibili-dad de camino mas baja (por ejemplo,99.9%), la longitud adicional del ca-mino es de alrededor de una milla(1,6 km.). Mientras que este incre-mento en la longitud del camino pue-de parecer insignificante comparadocon el gasto para suministrar una ga-nancia adicional del sistema de 6 dB,los estudios han mostrado que, portérmino medio, la cobertura de la cel-da se incrementará desde un 45% a un55% en términos de cobertura acumu-lativa por milla cuadrada.

■ Interferencias Externas

También las interferencia externas de-ben tomarse en cuenta en el cálculo delcorte. Los sistemas debidamente coordi-nados, que utilizan re c e p t o res con unarazonable selectividad, sólo se degrada-rán para una ampliación limitada debi-do a las interferencias externas. Mien-tras que el corte de lluvia limitará la dis-tancias del camino en las fre c u e n c i a smás altas, estas mismas frecuencias sepropagarán a distancias considerablesen ausencia de lluvia y puede reducir ladisponibilidad de un camino adyacente.Las interferencias externas son depen-dientes del lugar y no se incluyen en es-tos cálculos. Por lo tanto, cuando se di-seña un sistema con celdas adyacentes ysolapadas, es fundamental considerartodas las condiciones que contribuyen ai n t e r f e rencias externas y su efecto en ladisponibilidad del camino.

■ Conclusiones

Es importante comprender que los re-sultados que se presentan aquí pre d i-cen cortes basados en las tasas me-dias de lluvia. No re p resentan ni elmejor ni el peor de los escenarios. De-bido a la variabilidad a largo plazo delos datos estadísticos que se re q u i e-ren para describir con precisión lascondiciones medias, el actual cortes o b re un corto periodo de tiempo(menos de un año) puede variar deforma espectacular con respecto a losv a l o res calculados. Son posibles varia-ciones de las predicciones con un fac-tor de diez (mejor o peor).

La herencia de 50 años en microon-das y la experiencia de 20 años en radiodigital de Alcatel hablan por sí solas.

Hemos validado la precisión de estaspredicciones de corte incorporando losdatos actuales medidos en las principa-les ciudades de los Estados Unidos.

■ Referencias

1 Federal Communications Commis-sion OET: “Millimeter Wave Propaga-tion: Spectrum Management Implica-tions”, Boletín Número 70, Julio 1997.

2 W. D. Rummler: “Advances in Micro-wave Radio Route Engineering forRain”, GLOBECOM 87, volumen 1,págs. 352-356, Junio 1987.

3 J. A. Effenberger, R. R. Strickland, E.B. Joy: “The Effects of Rain on a Rado-mes Performance”, Microwave Jour-nal, págs. 261-274, Mayo 1986.

4 Reports of the CCIR, 1990, Annex toVolume 5: “Propagation in Non-IonizedMedia”, Report 721-3, págs. 226-245.

5 R. K. Crane: “Prediction of Attenuationby Rain”, IEEE Transactions on Com-munications, volumen COM-28, Núme-ro 9, págs. 1717-1713, Septiembre 1980.

6 US Department of Commerce: “RainfallI n t e n s i t y - D u r a t i o n - F requency Curves”,Weather Bureau Technical Paper Nº25, Washington, DC, Diciembre 1955(normalmente, no disponible).

Michael A. Mead es Ingeniero deTransmisión en la unidad de negocioAlcatel Fixed Wireless Networks deRichardson, Texas, EE.UU.

308

■ Introducción

Las compañías operadoras de siste-mas PCS (Personal CommunicationSystem, sistema de comunicación per-sonal) que operan sistemas CDMA(Code Division Multiple Access, acce-so múltiple por división de código) es-tán actualmente completando la pri-mera fase de diseño e instalación desus emplazamientos de celdas y estáncomenzando la fase de optimización.La optimización es una etapa críticaque puede afectar significativamentea las prestaciones y a la capacidad deun sistema CDMA. Están disponiblesun número de técnicas que puedenutilizarse para optimizar las pre s t a-ciones globales del sistema duranteesta etapa (por ejemplo maximizandola cobertura y la capacidad, o minimi-zando las llamadas perdidas y la tasade tramas erróneas).

■ Optimización de la red

Traspaso continuo

Uno de los métodos más sencillos pa-ra limitar la capacidad del sistema estener una zona de traspaso continuo(soft handover) demasiado grande.Durante el traspaso continuo, el apa-rato móvil está en comunicación convarias estaciones base al mismo tiem-po. Se establece un enlace con la cel-da siguiente antes de romper el enla-ce con la celda actual. Los sistemasCDMA obtienen varias ventajas al em-

plear traspaso continuo, que incluyenmenos llamadas perdidas, menor po-tencia de transmisión para el aparatomóvil e interferencias reducidas. Sinembargo, como tantas veces sucede,no es posible tener demasiado de unacosa buena. Si la zona de traspasocontinuo es demasiado grande, la ca-pacidad del sistema se reducirá por-que dos estaciones base están cursan-do la misma llamada durante el tras-paso continuo, como puede verse enla Figura 1. De este modo, el traspasocontinuo es un compromiso entre capa-cidad y prestaciones del sistema.

La cantidad ideal de traspasocomtinuo (es decir, el porcentaje detodas las llamadas dentro de la zonade traspaso continuo) es aproxima-damente del 25 al 40%. La necesidadde optimizar el solape entre sectore s

es una razón por la que los operado-res de CDMA están desplegando an-tenas con abertura angular horizon-tal de 65º y de 90º, en lugar de lastradicionales antenas con aberturaangular horizontal de 105º y de 120ºutilizadas en los sistemas celulare sAMPS (Advanced Mobile Phone Sys-tem, sistema telefónico móvil avan-zado). Los operadores deben asumirtambién que los parámetros T_ADD,T_DROP y T_TDROP, que se re f i e re nal ajuste de los niveles que decidenla lógica de traspaso (handover), es-tán correctamente fijados para unasp restaciones óptimas.

Por lo que se re f i e re al uso de aber-turas angulares horizontales más es-t rechas, los ingenieros de radiofre-cuencias (RF) deben ser muy cuida-dosos cuando toman esta decisión crí-

OPTIMIZANDO SISTEMAS DE ANTENA PARACDMA

A. SINGER La optimización es una etapa crítica en la obtención de las mejores prestaciones y la mayorcapacidad de un sistema de antenas para CDMA.

Figura 1 - Ambas celdas están activas en la zona del “traspaso continuo”.

309


tica. Aunque la tendencia ha sido uti-lizar antenas con abertura angularmás estrecha –con excelentes re s u l-tados–, existen excepciones. Un ope-rador que desplegó antenas con aber-tura angular horizontal de 80º enunos pocos emplazamientos re l a t i v a-mente elevados, quedó frustrado conlos resultados. En esta aplicación seprodujeron caídas de pre s t a c i o n e simportantes en el área de coberturae n t re sectores. Una regla general em-pírica es que, a medida que aumentanlas alturas de las torres y el radio delemplazamiento, la abertura angularhorizontal deberá aumentarse. Mu-chos operadores con los que trabajaAlcatel están desplegando antenascon abertura angular horizontal de90º para sus emplazamientos de CD-MA, mientras que algunos están utili-zando antenas con abertura angularhorizontal de 65º, en particular ená reas urbanas densas.

Contaminación del piloto

Otro método de optimización es minimi-zar las áreas afectadas por la contamina-ción del piloto, que puede producir pér-dida de llamadas y disminuir la capaci-dad. Las señales piloto actúan como ra-diofaros para notificar a los usuarios po-tenciales la existencia de una estaciónbase CDMA. Los aparatos móviles utili-zan estas señales piloto para la compara-ción de intensidades de potencia que esesencial en el proceso de traspaso. La se-ñal piloto es el canal más fuerte, com-p rendiendo el 20% de la potencia totalradiada en una señal CDMA. Cada sectorCDMA envía su propia señal piloto peroutiliza la misma frecuencia. La contami-nación del piloto se produce cuando unaparato móvil se encuentra en una posi-ción en la que se reciben varias señalespiloto con intensidades más o menosiguales. Conduciendo por la ciudad y mi-diendo las señales del enlace ascendentey del enlace descendente para crear unmapa de la cobertura del sistema mos-trará en estas zonas un aumento sensibleen la tasa de tramas erróneas.

Los aparatos móviles actuales utili-zan receptores rake de cuatro ramas,que son esencialmente un conjunto de

cuatro receptores. Una rama se utilizapara escanear las señales piloto, mien-tras que las otras tres están a la escu-cha de pilotos.

Para evitar la contaminación del pi-loto, los operadores pueden utilizar in-clinación hacia abajo de la antena 1, gi-ro del azimut y selección cuidadosa dela abertura angular horizontal. Algunascompañías operadoras en área urbanascéntricas han estado utilizando ante-nas de sector de 33º para minimizar lacontaminación del piloto, como semuestra en la Figura 2. A menudo seutilizan en emplazamientos situadossobre puentes, ya que las señales sepropagan sobre el agua a distancias sig-nificativamente mayores.

Algunos operadores de CDMA estánutilizando antenas inclinables haciaabajo de forma eléctrica ajustables con-tinuamente para minimizar la contami-nación del piloto. Cuando las antenasson inclinadas hacia abajo de forma me-cánica, la energía liberada por los late-rales de la antena no se reduce en el ho-rizonte y puede producir contaminacióndel piloto en emplazamientos cercanos.Las antenas inclinables hacia abajo deforma eléctrica reducen la energía en elhorizonte, tanto de frente como por loslaterales de la antena. En situaciones enlas que la contaminación del piloto escausada por la radiación lateral de ante-nas de un emplazamiento cercano, unaantena inclinable hacia abajo ajustable

Figura 2 - Uso de un sector de 33o para minimizar la contaminación del Piloto.

Figura 3 - La celda 3 no debería estar en la lista de vecinos de la celda 1, mientras que lacelda 2 sí debería estar.

310

OPTIMIZANDO SISTEMAS DE ANTENA PARA CDMA

de forma continua puede ajustarse,mientras se realizan las pruebas de fun-cionamiento después de cada ajuste, pa-ra optimizar la zona de cobertura y re d u-cir la contaminación del piloto.

Listas de vecinos

Otro método de optimizar los sistemasCDMA, que es a menudo ignorado, esmodificar la lista de vecinos que inclu-ye los emplazamientos CDMA próximos,que ofrecen el mejor traspaso poten-cial. Es importante evitar el traspaso aun sector que solamente podría propor-cionar una buena cobertura durante uncorto periodo de tiempo, tal como elemplazamiento elevado de la Figura 3.Mediante la modificación de la lista devecinos, el aparato móvil será instruidosobre qué vecinos buscar primero paraun buen traspaso. Si el aparato móvilrealiza el traspaso al emplazamientoequivocado, la llamada puede perdersey la capacidad malgastarse.

Diseño de antena

Finalmente, es importante asegurarque el sistema de antenas minimiza laadición de ruido y de interferencias alsistema CDMA, puesto que ambos pue-den limitar significativamente la capa-cidad del sistema. La intermodulaciónde antena es una fuente de ruido y deinterferencias. Los operadores deberíanasegurarse de que las antenas de sussistemas son lo suficientemente robus-tas como para que su característica deintermodulación no disminuya con eltiempo. También necesitan entenderlos compromisos y el impacto potencialde la utilización de la diversidad de po-larización en sistemas PCS 2.

■ Conclusiones

Este artículo ha descrito varios méto-dos para optimizar los sistemas CD-MA. Como los operadores han descu-

bierto durante el año pasado, la opti-mización es una etapa crucial en elcamino hacia una cobertura superiordel sistema. Continuaremos apre n-diendo más sobre estos nuevos siste-mas CDMA a medida que continúe lao p t i m i z a c i ó n .

■ Referencias

1 A. Singer: “Selecting PCS/DCS Anten-nas”, Mobile Radio Technology, Julio1997.

2 A. Singer: “Space vs Polarization Di-versity”, Wi reless Review, Febre r o1 9 9 8 .

Andy Singer es Director deMarketing Técnico de Celwave enMarlboro, New Jersey, EE.UU.

311

CANCELACIÓN DE INTERFERENCIAS DEPOLARIZACIÓN CRUZADA Y COMBINACIÓN ENBANDA BASE EN MÓDEMS SDH

G. GUIDOTTIA. LEVAR. PELLIZZONI

Alcatel ha desarrollado un módem para sistemasde radio SDH, que utiliza codificación de canal

avanzada y filtrado adaptativo.

■ Introducción

Alcatel ha desarrollado una atractivaarquitectura para la nueva genera-ción de sistemas de radio con re u t i l i-zación de frecuencias y/o diversidadespacial. El receptor utiliza dos ante-nas con polarización cruzada en di-versidad. Las dos señales de diversi-dad con polarización común se apli-can al demodulador, que realiza tantola combinación en banda base comola cancelación de interfere n c i a s .

Los canales disponibles para seña-les STM-1 de 155 Mbit/s tienen an-churas de banda de 28, 29, 29,65, 30 y40 MHz. Los canales con anchuras debanda entre 28 y 30 MHz son adecua-dos para una modulación 128-QAM( Q u a d r a t u re Amplitude Modulation ,modulación de amplitud en cuadratu-ra), mientras que puede utilizarseuna modulación 32-QAM para los ca-nales de 40 MHz. Los dos módemsQAM funcionan con la misma veloci-dad binaria y las dos velocidades desímbolos están cercanas la una a laotra. Por consiguiente, es posible de-sarrollar un sólo tipo de equipo, quepuede ser configurado para imple-mentar ambos módems.

Las principales características delequipo son:

• Codificación multinivel (MLC, Multi-Level Coding).

• Filtro de transmisión FIR (Finite Im-pulse Response, respuesta de impul-so limitado) de 36 derivaciones concoeficientes programables.

• Filtro de recepción FIR adaptativoespaciado fraccionalmente de 19 de-rivaciones (en un filtro espaciadofraccionalmente, las derivaciones delfiltro están separadas fracciones dela duración T del símbolo, en este ca-so T/2).

• Combinador en banda base/cancela-dor para sistemas en diversidad conreutilización de frecuencias en unaplaca hija enchufable.

• Gestión completa de la trama SDH(Synchronous Digital Hierarchy, je-rarquía digital síncrona).

• Capacidad de insertar hasta tres tre-nes de tráfico lateral de 2 Mbit/s,consistiendo el tráfico lateral en tre-nes adicionales de datos que se aña-den al tráfico principal, sin excederla anchura de banda permitida.

La mayoría de estas característicasson proporcionadas por tres nuevoscircuitos ASIC (Application SpecificIntegrated Circuit, circuito integradode aplicación específica). El primeroes un filtro FIR adaptativo espaciadofraccionalmente, que realiza la ecua-lización del canal en el lado re c e p t o r.Este ASIC se utiliza también para re-alizar la combinación en banda basede las señales de diversidad y/o para lacancelación de interferencias. [1]

El segundo ASIC decodifica el có-digo MLC y se encarga de la gestiónde la trama SDH, mientras que eltercero, que forma parte del modula-d o r, implementa la codificación MLCy el filtro FIR de transmisión de 36d e r i v a c i o n e s .

Las principales mejoras de este nue-vo diseño con respecto al anterior 2 sonel uso de un ecualizador FSE (Fractio-nally-Spaced Equalizer, ecualizador es-paciado fraccionalmente) en lugar deun filtro espaciado en baudios, la posi-bilidad de realizar combinación y/ocancelación y el uso de codificaciónMLC, en lugar de codificación BCH(Bose, Chaudhuri, Hocquenghem).

■ Filtros Fijos y Adaptativos

El diseño de los filtros es un aspectocrucial en la mayoría de los sistemasde transmisión de datos.

En los sistemas digitales de radiode gran capacidad, la eficiencia espec-tral es una condición importante. Fre-cuentemente, ésta hace necesario uti-lizar un filtro de Nyquist con un bajofactor de atenuación progresiva, parapermitir el mínimo número de puntosde constelación para la anchura debanda y la velocidad binaria dadas.

Una vez que se ha fijado la veloci-dad de símbolos mediante una ade-cuada selección del tamaño de laconstelación y del esquema de codifi-cación, los principales objetivos sonobtener una baja ISI (Inter- S y m b o lI n t e r f e rence, interferencia entre sím-bolos), una solución de compromisoóptima entre adaptabilidad y robustezf rente al ruido, un elevado rechazo delcanal adyacente y una baja radiaciónfuera de banda.

En el diseño de Alcatel, el filtrado sedivide entre filtros FIR digitales y fil-

312

CANCELACIÓN DE INTERFERENCIAS DE POLARIZACIÓN CRUZADA Y COMBINACIÓN EN BANDA BASE EN MÓDEMS SDH

tros Butterworth analógicos. Los filtrosanalógicos de 9 polos están situadosdespués del convertidor digital-analó-gico (DAC, Digital-Analog Converter)en el lado de transmisión y antes delconvertidor analógico-digital (ADC,Analog-Digital Converter) en el lado derecepción. Nueve polos pueden parecerun número elevado, pero es necesarioun diseño de este tipo para agudizar larespuesta en frecuencia de los filtros,controlando con ello el espectro fuerade banda en el lado de transmisión ysuprimiendo las interferencias del ca-nal adyacente (ACI, Adjacent ChannelI n t e r f e rence) en el lado de re c e p c i ó n .

El diseño del filtro FIR de transmi-sión es tal que la función de transfe-rencia global de los filtros de transmi-sión, incluyendo el filtro FIR, el filtrode Butterworth y otros posibles fil-tros, por ejemplo los filtros de fre-cuencia intermedia (FI) y/o los filtrosde radiofrecuencia (RF), corre s p o n d ea la raíz cuadrada de un filtro de Ny-quist. Puesto que el filtro FIR tiene unnúmero finito de derivaciones, debe-ría aceptarse alguna diferencia entreel objetivo y la función de transfere n-cia real. El método de diseño minimi-za una función de coste ponderada,que asigna un peso grande a la emi-sión fuera de banda y pesos menores alas diferencias dentro de la banda.

De hecho, mientras que la radia-ción fuera de banda produce ACI, quesólo puede ser parcialmente compen-sada en el lado de recepción, la dis-torsión dentro de banda puede seradecuadamente compensada en el la-do de re c e p c i ó n .

El filtro digital del receptor es un fil-tro FIR adaptativo espaciado fraccio-nalmente de 19 derivaciones que mi-nimiza el error cuadrático medio (MSE,Mean Square Error). Lleva a cabo deforma adaptativa la mejor solución decompromiso (en el sentido del MSE)e n t re ISI, ruido térmico y ACI. De estaforma, puede compensar las distorsio-nes inducidas por un canal que varía enel tiempo y las inevitables imperfeccio-nes en los filtros de RF, que afectan tí-picamente a la función de transfere n c i acerca de la frecuencia de Nyquist.

Por lo que se refiere al algoritmoadaptativo, además del algoritmo MSE

cial. El receptor emplea dos antenascon polarización cruzada en diversi-dad. En cada polarización, las dos se-ñales de polarización común en diver-sidad se convierten de RF a FI me-diante dos osciladores locales sincro-nizados. Las señales de FI con polari-zación común se convierten cohe-rentemente a banda base, donde serealizan simultáneamente tanto lacombinación en diversidad como lacancelación de la XPI. Estas funcio-nes se implementan mediante un FSEdigital por cada rama en diversidad.

Los mismos demoduladores pue-den usarse en sistemas de diversidadespacial convencionales (sin re u t i l i-zación de frecuencias), proporcionan-do combinación en banda base de altacalidad. Pueden también emplearseen sistemas de reutilización de fre-cuencias sin diversidad espacial. Ensistemas de reutilización de fre c u e n-cias con diversidad espacial, la estra-tegia propuesta reduce significativa-mente los costes y mejora el compor-tamiento, en comparación con la solu-ción basada en dispositivos de combi-nación y de cancelación separados.

■ Arquitectura del Receptor

En sistemas con reutilización de fre-cuencias que utilizan diversidad espa-cial, las operaciones de combinaciónen diversidad y de cancelación de laXPI pueden realizarse mediante dispo-sitivos separados, pero los receptoresque se obtienen resultan que están pordebajo del óptimo. Como es completa-mente intuitivo, combinadores de FI yfiltros adaptativos para ecualizado-res/XPIC con criterios de control inde-pendientes no son capaces de contra-rrestar, de forma sinérgica, tanto eldesvanecimiento de la señal debido acaminos múltiples, como la XPI. Ade-más, la estrategia anterior requiere quelas cuatro señales en diversidad conpolarización cruzada sean convertidascoherentemente de RF a FI mediantecuatro osciladores locales sincroniza-dos conjuntamente.

Una mirada más cercana al par de se-ñales en diversidad con polarización co-mún muestra que, cada una de ellas, es-

mínimo clásico, hemos implementadoun algoritmo ciego que permite una ad-quisición rápida cuando no está dispo-nible una estimación fiable de los da-tos. Un factor importante en la adapta-ción de un FSE es su estabilización. Esbien conocido que los FSE sufren demonotonía de la función de coste cercadel punto de régimen permanente. Enla literatura se han propuesto variascontramedidas para resolver este pro-blema. Alcatel ha elegido utilizar unaversión modificada del algoritmo deUyematsu y Sakinawa 3, 4.

■ Principio de Funcionamiento del Combinador/Cancelador

La reutilización de frecuencias haprobado ser una técnica efectiva paradoblar la capacidad de los sistemasdigitales de radio. No obstante, inclu-so cuando se usan antenas de elevadadiscriminación de polarización cruza-da (XPD, Cross-Polarization Discrimi-nation), el comportamiento de la po-larización cruzada en los canales de-gradados producida por el desvaneci-miento de la señal, debido a caminosmúltiples o por las pre c i p i t a c i o n e s ,pueden limitar severamente el com-portamiento del sistema. La cancela-ción adaptativa de la XPI (Cross-Po-larization Interference, interfere n c i ade polarización cruzada) es, por con-siguiente, empleada usualmente. Losc a n c e l a d o res de interferencias de po-larización cruzada (XPIC, Cross-Pola-rization Interference Cancelers) tra-dicionales se implementan como fil-tros transversales lineales interco-nectados, que hacen uso de la señalrecibida polarizada ortogonalmentepara suprimir la XPI.

Los actuales sistemas de re u t i l i z a-ción de frecuencias con diversidad es-pacial de Alcatel emplean combina-d o res MiBS (Minimum Bit error rateS t r a t e g y, estrategia de mínima tasade errores de bits) de FI y demodula-d o res de doble polarización con XPICdigitales. Aquí, se presenta una atrac-tiva arquitectura para la nueva gene-ración de sistemas con re u t i l i z a c i ó nde frecuencias y/o diversidad espa-

313


tá formada por una componente con po-larización común (deseada), posible-mente afectada por la ISI, y una compo-nente XPI procedente de la transmisiónpolarizada ortogonalmente. El re c e p t o rpropuesto se basa en la observación deque las componentes XPI anteriore spueden utilizarse para cancelar las in-t e r f e rencias. Además, en este caso, lacancelación de la XPI puede re a l i z a r s eusando el mismo filtro adaptativo quec o n t r a r resta el desvanecimiento de laseñal, debido a caminos múltiples pormedio de la combinación en diversidad.En otras palabras, utilizando el par deseñales en diversidad con polarizacióncomún, pueden realizarse simultánea-mente tanto la combinación en diversi-dad como la cancelación de la XPI.

La arquitectura del receptor semuestra en la Figura 1.

En cada polarización, las dos seña-les en diversidad recibidas se convier-ten de RF a FI mediante dos oscilado-res locales sincronizados. Las señalesde FI con polarización común re s u l-tantes se convierten entonces cohe-rentemente a banda base, donde tienelugar el procesamiento de la señal.

La Figura 2 muestra el diagrama debloques del demodulador. Tanto lacombinación en banda base como lacancelación de la XPI, son realizadaspor un FSE digital por cada rama en di-versidad. Las técnicas de ecualizaciónespaciada fraccionalmente son muyatractivas para el comportamiento y lacompacidad del receptor; ha sido pro-puesta una nueva y efectiva técnica deestabilización del FSE 4, 5, que propor-ciona una buena velocidad de conver-gencia y un comportamiento estable.

Una ventaja importante de la arqui-tectura del sistema propuesta es su fle-xibilidad. En efecto, el mismo demodu-lador puede utilizarse para sistemas dediversidad espacial convencionales(sin reutilización de frecuencias), sis-temas con reutilización de frecuencias(sin contramedidas de diversidad) ysistemas con reutilización de frecuen-cias y con diversidad espacial. Además,cuando se compara con la solución ba-sada en dispositivos de combinación yde cancelación separados, esta técnicaes más barata y requiere un receptorsignificativamente menos complejo.Nótese que las propiedades de la ecua-lización espaciada fraccionalmente ha-cen al FSE insensible a errores en la fa-se de muestreo y asegura un filtradoóptimo en presencia de distorsión decanal y ruido, por lo que no son necesa-rios filtros de recepción adaptados.

Además, la solución propuesta pro-porciona un comportamiento superioren presencia tanto de un desvaneci-miento de señal plano/selectivo, comode interferencias de polarización cru-zada, como resultado de una imple-mentación totalmente digital y de laadopción de un único criterio de con-trol para combinación de diversidad yecualización/cancelación de la XPI.También, ofrece posibilidades mejora-das de rechazo de interferencias delcanal adyacente y del propio canal.

Los efectos de la reducción de cali-dad que resultan de la propagación y delruido fueron estudiados en 2, y demos-traron las excelentes prestaciones delcombinador/cancelador conjunto en unambiente realista. En la implementa-ción presente del re c e p t o r, es necesariorecuperar el sincronismo del reloj y de laportadora. El reloj se recupera medianteel detector de Gardner. Debería selec-cionarse la mejor de las dos señales re-cibidas, en base a un criterio adecuado,y alimentarse al detector. Nótese que elcomportamiento de los filtros espacia-dos fraccionalmente es insensible al ins-tante de sincronización, de forma quesólo tiene que sincronizarse la fre c u e n-cia del reloj. Además, debido a los filtrosespaciados fraccionalmente, el re c e p t o rcon XPIC/combinador solamente re-q u i e re un ajuste grueso del retardo dife-rencial entre los dos caminos.

Figura 1 - Nueva estructura del receptor para diversidad espacial y reutilización de fre-cuencias con combinación en banda base y cancelación de XPI conjuntas.

Figura 2 - Diagrama de bloques del demodulador; las entradas de FI son señales en diver-sidad con polarización común (en sistemas con reutilización de frecuencias y con diversi-dad espacial), o señales de doble polarización (en sistemas con reutilización de frecuenciassin diversidad espacial).

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La sincronización de la portadorapuede basarse en la conversión des-cendente síncrona y en la demodula-ción coherente de las dos señales.

■ Comportamiento de laCombinación/Cancelacióndel Receptor

C o n s i d e remos la sección de polariza-ción horizontal (H-Pol) del receptor dela Figura 1. Cada una de las señales H-Pol recibidas por las antenas principal yen diversidad están formadas por unacomponente con polarización común(deseada) y una componente de XPIprocedente de la transmisión polariza-da ortogonalmente. Los FSE de las ra-mas en diversidad actúan para producircomponentes XPI de salida de la mismaamplitud y de fase opuesta, cancelandode este modo las interferencias de pola-rización cruzada. De hecho, cada demo-dulador (por ejemplo DEM H ó DEM V,como se muestran en la Figura 1) estáp reparado para recibir una de las doscomponentes (H ó V), pero recibe laotra componente a través de un caminod i f e rente. De esta forma gira la fase yajusta la amplitud de esta segundacomponente para cancelar la interfe-rencia no deseada. El comportamientode cancelación de la XPI depende de laamplitud relativa y de la diferencia defases entre las componentes de la XPIde los canales principal y en diversidad.Consecuentemente, despreciando elruido térmico y la dispersión de canal,el único punto de funcionamientopotencialmente crítico está dado por:

| VHm | / | HHm | = | VHd | / | HHd | ,VHm - HHm = VHd - HHd (1)

donde significa la fase de.De este modo, cuando los caminos

principal y en diversidad tienen el mis-mo nivel relativo y la misma fase relati-va de interferencia, es muy difícil dis-criminar la señal deseada. Esta condi-ción puede producirse en presencia deatenuación y despolarización.

El comportamiento del receptor enlas proximidades de este punto de fun-cionamiento se ha calculado suponien-do que HHm = HHd = VHm.

Algunos resultados numéricos semuestran en la Figura 3, que suponeun desvanecimiento de señal no se-lectivo y HHm = HHd. Se da el com-portamiento del receptor en funcióndel nivel de la XPI en el canal en di-versidad. Como se esperaba, el com-portamiento de la relación señal/rui-do (S/R), con respecto al caso de uncanal único sin reutilización de fre-cuencia, depende fuertemente de larelación de potencias XPI/ruido,mientras que es bastante indepen-diente del nivel de desvanecimientode la señal con polarización común.Nótese que, como puede verse en laFigura 3, el punto de funcionamientomás crítico en términos de comporta-miento del receptor es ligeramented i f e rente de la condición (1); corre s-ponde a la situación en que el re c e p-tor descarta una de las dos señales end i v e r s i d a d .

Además, de la figura podrían te-nerse en cuenta las siguientes consi-d e r a c i o n e s :

• Moviéndose hacia el lado izquierdo(valores bajos de VHd), el sistematiende a comportarse como un com-binador puro, mostrando una ganan-cia característica de 2,5 dB.

• Moviéndose hacia el lado dere c h o(valores altos de VHd), el sistematiende a comportarse como un cance-lador puro (ganancia de 0 dB).

• La zona de transición (es decir, laparte central de la gráfica) muestraun margen limitado de comporta-

mientos, dependiendo de los dife-rentes valores de la fase de la XPI.Para algunos valores de fase, existeuna ligera degradación (de alre d e-dor de 1 dB) en la relación S/R,conrespecto a un canal único sin re u t i-lización de frecuencias, pero la pro-babilidad de un suceso de este tipoes muy pequeña.

De las discusiones anteriores, el com-portamiento del receptor en condicio-nes de precipitaciones se degrada debi-do a la reducción en la XPD solamentepara pequeñas atenuaciones de la pola-rización común.

■ Implementación y Medidas

Implementación

Los principales objetivos del proyectoeran conseguir bajos costes y consu-mos de potencia, y un tamaño más pe-queño. Estos objetivos se han conse-guido mediante el rediseño de los cir-cuitos analógicos y el desarrollo de tre snuevos circuitos ASIC. La tecnologíaadoptada es HCMOS de O,5 m y 3,3 V.

En el modulador, una única pastillarealiza la decodificación CMI (CodedMark Inversion, inversión de marcascodificadas), la regeneración de laSDH con inserción del tráfico lateral,la multiplexación para la proteccióndel puntero de SDH, la codificaciónmultinivel y el filtrado con conforma-

Figura 3 - Comportamiento de la relación S/R en función del nivel de la XPI del canal endiversidad (XPD = 10 dB en el canal principal; se supone la misma atenuación de la pola-rización común en las ramas en diversidad).

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ción. Esta pastilla contiene 180.000puertas equivalentes.

El demodulador está implementadoen una única placa de 220x230 mm., enla que puede enchufarse una placa hijade 85x200 mm. para proporcionar lasfunciones opcionales del combinador enbanda base/XPIC. Para el demoduladorse han desarrollado dos pastillas. La pri-mera, que tiene 280.000 puertas equiva-lentes, realiza las funciones de ecualiza-ción espaciada fraccionalmente y decombinación/cancelación; la segunda,con 300.000 puertas equivalentes, re a l i-za la decodificación multietapa. Incluyedos decodificadores de Viterbi de 64 es-tados, el regenerador de la SDH y el co-dificador CMI. Un microprocesador in-corporado a la placa asegura una confi-guración y un control sencillos.

El reducido consumo de energía hahecho posible el utilizar una estructuraligera sin disipador de calor. Conse-cuentemente, un armazón de ETSI (Eu-ropean Telecommunications StandardsInstitute) puede incluir cuatro módems(completos con el combinador/XPIC),cuatro fuentes de alimentación y dosc o n m u t a d o res de 2x2 Mbit/s.

Medidas

La Figura 4 muestra el BER (BitError Rate, proporción de errores enlos bits) como una función de la re l a-ción portadora/ruido (P/R) para am-

bas modulaciones 32-QAM (código4.7/7) y 128-QAM (código 6.3/7).

Para evaluar el comportamiento comouna función del desvanecimiento de se-ñal selectivo, la signatura (fase mínimapara un BER = 10-3) de la modulación32-QAM se muestra en la Figura 5. P a r aevaluar el combinador en banda base, es-ta figura ilustra también la signatura me-dida en el camino principal, mientrasque el camino en diversidad está afecta-do por una caída fija de 30 dB a 700 MHz.La reducción de área es notable. Al mis-mo tiempo, esta estructura realiza la can-celación de la polarización cruzada.

En el caso de combinación y cance-lación de interferencias conjuntas,debe analizarse la reducción de cali-dad durante la propagación. Algunasmedidas se muestran en la Figura 6.El eje y muestra la relación entre laseñal deseada y la señal que interfie-re, correspondiente a un BER de 10-3.Las cuatro señales están libres de dis-torsión y las señales con polarizacióncruzada están atenuadas para obtenerla relación portadora/interfere n c i a(P/I) deseada. Para evaluar el casop e o r, suponemos el mismo valor de larelación P/I para ambos canales, prin-cipal y en diversidad. Sea M la fase re-lativa entre la señal deseada y la señalque interfiere en el canal principal, yD la fase relativa entre la señal desea-da y la señal que interfiere en el canalen diversidad. El eje x en la Figura 6muestra la diferencia M - D. Nóteseque el comportamiento del cancela-dor es muy bueno si la diferencia defases es lo suficientemente grande,mientras que se degrada a medida quela diferencia de fases se aproxima acero. El impacto de esta situación so-b re el comportamiento del sistema hasido estudiado en 2, donde se determi-nó que la perturbación producida poreste fenómeno es despre c i a b l e .

Sin embargo, esta medida da sola-mente una idea preliminar del com-portamiento del combinador/cancela-dor y deben realizarse más trabajos enFigura 4 - BER medido en función de la relación P/R.

Figura 5 - Signaturas de un canal único y de canales combinados.

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el futuro para definir un conjunto depruebas estándar.

■ Conclusiones

Este artículo ha descrito un nuevo mó-dem mejorado para sistemas de radioSDH que utiliza las técnicas más avan-zadas de codificación de canal y de fil-trado adaptativo. Sus principales carac-terísticas son:

• Eficiente esquema de codificaciónmultinivel de velocidad ajustable, quecombina flexibilidad con altas presta-ciones.

• FSE, que utiliza un nuevo algoritmo deestabilización para contrarrestar los fe-nómenos de propagación selectiva.

• Mediante la utilización de la estruc-tura de espaciado fraccional, se con-sigue la cancelación de interferenciasde polarización cruzada, la combina-ción en banda base y la combina-ción/cancelación conjuntas.

La tecnología existente en la actualidadpermite utilizar la integración en granescala para reducir el consumo de ener-gía. Las principales características delsistema son:

• Cuatro módems son alojados en un ar-mazón estándar, con fuentes de ali-mentación y un conmutador de 2x2M b i t / s .

• El XPIC/combinador se implementacomo una placa hija opcional enchu-fable.

Además, se han presentado un conjuntode medidas de la calidad de funciona-miento.

■ Referencias

1 R. Pellizzoni, P. Balducci, A. Spal-vieri: “An Enhanced Modemodulatorfor SDH Radio Systems”, ECRR´98,págs. 263-267, Bergen, Noruega, Ju-nio 1998.

2 C. Luschi, F. Guglielmi, A. Spalvieri:“Cross-pol Interference Cancellingand Baseband Combining by Diver-sity Reception”, ECRR´96, págs. 221-226, Bolonia, Italia, Mayo 1996.

3 T. Uyematsu, K. Sakaniwa: “A NewTap-Adjustment Algorithm for theFractionally Spaced Equalizer”,GLOBECOM´85, págs. 1420-1423,D i c i e m b re 1985.

4 A. Spalvieri, C. Luschi, R. Sala, F. Gu-glielmi: “Stabilizing the FractionallySpaced Equalizer by Pre w h i t e n i n g ” ,GLOBECOM´95, volumen 1, págs. 93-97, Singapur, Noviembre 1995.

5 F. Guglielmi, C. Luschi, A. Spalvieri:“Metodo e circuiti di equalizzazionea spaziatura frazionata”, patenteitaliana número MI95 A 000355, Fe-b rero, 1995.

Figura 6 - Supresión de las interferencias en función de la fase relativa.

Giovanni Guidotti es Jefe de loslaboratorios de desarrollo de equiposde microondas, dentro de laTransmission Systems Division deAlcatel en Concorezzo, Italia.

Angelo Leva es Ingeniero Jefe paraaplicaciones de procesamiento digitalde señales, dentro de la Tr a n s m i s s i o nSystems Division de Alcatel enC o n c o rezzo, Italia.

R o b e rto Pellizzoni es Jefe dellaboratorio de equipos digitales paraaplicaciones de microondas, dentrode la Transmission Systems Divisionde Alcatel en Concorezzo, Italia.

317

AACI Interferencia del Canal AdyacenteADC Covertidor Analógico-DigitalADM Multiplexor Adición/ExtracciónADSL Bucle de Abonado Digital

AsimétricoAFA Asignación de la Frecuencia

AdaptativaAIU Unidad Interfaz AireAMPS Sistema Telefónico Móvil

AvanzadoAMR Velocidad Múltiple AdaptativaAMU Unidad de Gestión AireASIC Circuito Integrado de Aplicación

EspecíficaATM Modo de Transferencia AsíncronoAuC Centro de Autentificación

BBBRA Acceso Radio de Banda AnchaBCCH Canal Control MultidifusiónB-CDMA Acceso Múltiple por División de

Código de Banda AnchaBCH Bose, Chaudhuri, HocquenghemBER Tasa de Error por BitBRA Acceso Velocidad BásicoBS Estación BaseBSC Controlador Estación BaseBSS Subsistema Estación BaseBTS Estación Base Transceptora

CC/I Tasa Portadora a InterferenciaC/N Tasa Portadora a RuidoCBR Velocidad Constante de BitCDMA Acceso Múltiple por División de

CódigoCENELEC Comité Europeo para la

Estandarización ElectrotécnicaCGS Segmento Control TerrestreCMI Inversión de Marcas CodificadasCPE Equipo en Residencia UsuarioCTS Sistema de Teléfono Inalámbrico

DDAC Convertidor Digital AnalógicoDAVIC Comité Video Audio DigitalDCA Asignación Canal DinámicoDCCH Canal Dedicado de ControlDCS Sistema Comunicación DigitalDECT Telefonía Digital Inalámbrica

MejoradaDTCH Canal Dedicado de TráficoDTX Transmisión DiscontinuaDVB Difusión de Video Digital

EEFR Velocidad Nominal MejoradaELSA Software Electromagnético para

AntenasETSI Instituto Europeo de

Normalización deTelecomunicaciones

EuMC Conferencia Europea Microondas

FFACH Canal de Acceso AdelanteFCC Comisión Federal de

ComunicacionesFDD Duplexación por División de

FrecuenciaFDMA Acceso Múltiple por División de

FrecuenciasFIR Respuesta de Impulso LimitadoFMC Convergencia Fijo/MóvilFOX Extensor de Fibra ÓpticaFP Parte FijaFR Velocidad NominalFRA Asignación de FrecuenciasFRAD Dispositivo de Acceso

Retransmisión de TramasFSE Ecualizador Espaciado

Fraccionalmente

RRACH Canal Acceso AleatorioRAP Perfil de Acceso Radio en el

Bucle LocalRAS Servicio Acceso RemotoRDSI Red Digital de Servicios

IntegradosRF Radio FrecuenciaRNRT Red Nacional de Investigación

en TelecomunicacionesRSC Central Estación RadioRST Terminal Estación Radio

SSAGE Grupo de Expertos Seguridad

AlgoritmosSAR Tasa de Absorción EspecíficaSCC Centro de Control de SatélitesSCPC Un Canal por portadoraSDH Jerarquía Digital SíncronaSKT Terminal de AbonadoSMC Centro de Gestión de ServicioSMG Grupo Especial de MóvilesSN Nodo de ServicioSNMP Protocolo Único de Gestión de

RedSNR Tasa Señal RuidoSOHO Pequeña Oficina en

Oficina/HogarSONET Red Óptica SíncronaSQSG Grupo Estratégico para Calidad

de la Voz

TT&C Telemetría y ComandoTD División de TiempoTDD División Dúplex de TiempoTDM Multiplexación por División en

el TiempoTDMA Acceso Múltiple por División en

el TiempoTFO Operación Sin TándemTMN Red de Gestión de

TelecomunicacionesTT&C Posicionamiento, Telemetría y

Comando

UUBR Velocidad no especificada de BitUMTS Sistema de Telecomunicación

Móvil UniversalUNI Interfaz Usuario/RedUSO Obligación de Servicio UniversalUTRA Acceso Radio Terrestre

VVAD Detección de la Actividad de Vo zVBD Datos en Banda VocalVHE Entorno de Hogar VirtualVLSI Integración a muy Gran Escala

WWAN Red de Área AmpliaWAP Protocolo Aplicación

InalámbricaWBS Estación Base RadioW-CDMA Acceso Múltiple en Banda

Ensanchada por División deCódigo

WLL Bucle Local RadioWWBS Estación Base de Radio de

Banda AnchaWWTS Terminales de Abonado WWWWW World Wide Web

XXBS Estación Base CentralXPD Discriminación de Polarización

CruzadaXPI Interferencia de Polarización

CruzadaXPIC Canceladores de Interferencias

de Polarización Cruzada

HH-pol Sección de Polarización

HorizontalHR Media VelocidadHTML Hypertext Markup LanguageHTTP Protocolo Transferencia

HipertextoIICC ‘92 Conferencia Internacional sobre

ComunicaciónICNIRP Comisión Internacional sobre

Protección de la Radicación No-Ionizante

IDUs Unidades de InteriorIEEE Instituto de Ingenieros

Electrónicos y EléctricosIF Frecuencia IntermediaIFPEI Identidad de la Parte Fija

InternacionalIMEI Identidad de Equipo Móvil

InternacionalIMT Telecomunicaciones Móviles

InternacionalesIP Internet/ProtocolISI Interferencia entre SímbolosISPs Proveedores Servicio Internet

LL2TP Protocolo Túnel Capa 2LAN Red de Área LocalLMDS Servicios Locales de

Distribución Multipunto

MMAC Control de Acceso MedioMCC Centro de Control de MisiónMiBS Estrategia de Mínima Tasa de

Error de BitsMLC Codificación MultinivelMOS Puntuación Media de OpiniónMPMP Microondas Punto-a-MultipuntoMS Estación MóvilMSC Centro Conmutación de

M ó v i l e sMSE Error Cuadrático MedioMU Unidad de Gestión

NNCP Protocolo Control de RedNE Emulador de RedNMS Sistema de Gestión de Red

OO&M Operación y MantenimientoOAM Operación, Administración y

MantenimientoODU Unidad de ExteriorOMC Centro Operaciones y

MantenimientoOMS Estación OAM

PPBX Centralita Privada de AbonadoPC Ordenador PersonalPCH Canal de RastreoPCS Sistema de Comunicación

PersonalPIN Número de Identificación

PersonalPLMN Red Móvil Pública CorporativaPMP Punto-a-MultipuntoPOP Punto de PresenciaPOTS Servicio Telefónico TradicionalPPP Protocolo Punto-a-PuntoPPTP Protocolo Túnel Punto-a-PuntoPSTN Red Telefónica Conmutada

PúblicaPYME Pequeña y Mediana Empresa

QQAM Modulación de Amplitud en

CuadraturaQoS Calidad de Servicio

ABREVIATURAS DE ESTE NÚMERO

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R E V I S T A DE TELECOMUNICACIONES DE ALCAT E...

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