• Author / Uploaded
• Electronica Edwin

Citation preview

COMUNICACIONES INALÁMBRICAS DE BANDA ANCHA

COMUNICACIONES INALÁMBRICAS DE BANDA ANCHA Regis J. (Bud) Bates Jr.

Traducción ARAGEME MONTAGUT GASTAMINZA Ingeniero de Telecomunicación Departamento de Conmutación ERICSSON ESPAÑA, S.A. Revisión técnica FRANCISCO JAVIER GABIOLA ONDARRA Dr. Ingeniero de Telecomunicación Director del Departamento de Electrónica y Sistemas Universidad Alfonso X el Sabio

La información contenida en este trabajo ha sido obtenida por McGraw-Hill lncorporaled procedente de fuentes dignas de crédito. No obstante, ni McGraw-Hill ni los autores garantizan la exactitud o perfección de la información publicada. Ni McGrawH i l l ni el autor serán responsables de cualquier error, omisión o daño ocasionados por el uso de esta información, liste trabajo se publica con el reconocimiento expreso de que el autor está proporcionando una información, pero no tratando de prestar ningún tipo de servicio profesional o técnico. Los procedimientos y la información que se presentan en este libro tienen sólo la intención de servir como una guía general.

COMUNICACIONES INALÁMBRICAS DE B ANDA ANCHA No está permitida la reproducción total o parcial de este libro, ni su tratamiento informático, ni la transmisi ón de ninguna forma o por cualquier medio, ya sea electrónico, mecánico, por fotocopia, por regi stro u otros métodos, s i n el per miso previo y por escrit o de los tit ulares del Copyri ght. DERECHOS RESERVADOS © 2003, respecto a la primera edición en español, por McGRAW-HILL/ INTERAMERIC ANA DE ESPAÑA, S. A. U. Edifici o Valrealt y Basauri. 17, 1." planta 2X023 Aravaea (Madrid) http://www. mcgraw-hill.es professional@ mcgraw-hill.com Traducido de la pri mera edición en inglés de WIRKLKSS BROADBAND HANDBOOK Copyright i MMI. por The McGraw-Hill Companics ISBN:0-07-137161-3 ISBN: 84-481-3976-3 Depósito legal: M. 35.352-2003 Editor: Ant oni o García Brage Cubierta: MAGMA-ESTUDIOS (E. QUIRÓS. S. L. ) Compuesto en PUNTOGRAPH1C, S. L. Impreso en FARESO, S. A. IMPRESO EN ESPAÑA - PRINTED IN SPAIN

SOBRE EL AUTOR

Regis J. (Bud) Bates Jr. Presidente TC International Consulting, Inc. PO Box 51108 Phoenix, AZ 85076-1.108 Tel. (800) 322-2202 Fax (800) 260-6440 http://www.tcic.com Bud Bates tiene más de 35 años de experiencia en sistemas de telecomunicación y de información. Supervisa el funcionamiento completo de TC International Consulting, Inc. (TCIC) en Phoenix, Arizona. TCIC es una organización de consultoría para la gestión de servicios completos especializada en diseñar e integrar tecnologías de la información. TCIC es líder en el desarrollo estratégico y en la implementación de nuevas tecnologías para operadores y corporaciones similares. La experiencia de Bud ha sido muy útil en los diseños de importantes redes, desde redes de área local (LAN) hasta redes de área extensa (WAN) que utilizan servicios de transmisión digital de alta calidad: TI, T3 y SONET/SDH. Sus estudios y recomendaciones han supuesto ahorros financieros significativos. Uno de sus proyectos comprendía el diseño y la implementación de una red Frame Relay que se extendía por 14 países y 80 localizaciones. Este proyecto dio como resultado enormes ahorros mensuales puesto que los tiempos de respuesta de la red se mantenían lineales. Sus artículos se han publicado en Network World, Information Week e International Journal of Information Management entre otros. Es el autor de numerosos libros editados por McGrawHill y Artech House. Los últimos, Voice and Data Communications, Third Edition y Broadband Telecommunications Handbook, han estado en la lista de los más vendidos del año 2000 de McGraw-Hill. Bud también desarrolla y dirige diversos seminarios por todo el mundo, cursos que proporcionan visiones desde el punto de vista de la gestión hasta instrucciones muy técnicas en comunicaciones de voz, datos y LAN. Gran parte de su tiempo lo emplea trabajando con los principales fabricantes de telecomunicaciones en la formación de sus empleados, en las innovaciones tecnológicas y en la convergencia de las redes de voz y datos del futuro. Muchas de sus publicaciones se utilizan en instituciones de enseñanza superior y de postgrado en cursos de gestión de las telecomunicaciones.

vi

Sobre el autor

Bud Bates ha cursado estudios en administración de empresas en Stonehill College, Easton, Massachusetts. Ha completado los cursos de postgrado en Lenigh University y Saint Joseph's University, concretamente en gestión financiera y matemáticas avanzadas. Además, es miembro de la Asociación Nacional de Oradores de Estados Unidos.

AGRADECIMIENTOS

Bien, de nuevo estoy aquí, mirando fijamente a una pila de documentos e ilustraciones que he acumulado durante los últimos dos meses. Algo que pronto se transformará y será parte de una serie de libros en los que me he embarcado con McGraw-Hill. Este libro trata sobre las comunicaciones inalámbricas y comunicaciones de banda ancha, puesto que ambas convergen en el mundo de la tercera generación (3G). Como siempre, decidí escribirlo tal y como lo pienso, es decir, en un modo no técnico. También en términos de lo que un CEO, CFO o CIO necesita saber sobre estas tecnologías. Como suelo comenzar, intentaré responder a las tres preguntas de partida: ¿Qué es? ¿Qué hará por mí? ¿Qué va a costarme? Pero antes de seguir adelante, hay muchas personas a las que debo dar las gracias. Parte de la gente que tuve que tratar tanto de forma habitual como esporádica. Primero, quisiera expresar mi gratitud a Steve Chapman, el editor ejecutivo de McGraw-Hill en este libro. Steve es una persona muy paciente. En ocasiones, él ha tenido que animarme para que continuara, incluso a sabiendas de las presiones que yo tenía en otras áreas. Es un verdadero caballero que ha luchado por mí. Además de Steve, hay otra mucha gente que participó en la edición y producción de este libro, demasiadas personas para nombrarlas a todas. Se merece una mención especial Molly McHugh, quien tuvo el curioso arte de engatusar de forma habitual a los editores y redactores a mi favor. Su tenacidad hizo que juntos lográramos el documento final. Dos personas de mi oficina también merecen compartir las credenciales del león por la representación gráfica final de este libro. Primero está Gabriele (muchos de ustedes han visto su nombre en otros libros). Gabriele es mi esposa y compañera desde hace más de treinta años. Justo cuando ya no puedo conseguir la motivación para trabajar por las noches o los fines de semana en la producción de un libro, ella me proporciona un apoyo constante en casa y en la oficina. Sobre todo cuando día tras día estoy en carretera y tengo otras muchas tareas pendientes. En realidad, Gabriele es quien merece tener su nombre en la portada de este libro. En segundo lugar hay una señorita que me tiene muy impresionado por su energía y entusiasmo. Amber Hartmann es una artista gráfica que transforma muchas de las figuras que yo he creado con «palotes» en verdaderas obras de arte. La edad de Amber se contradice con su madurez y su capacidad para apresurarse y conseguir tener las cosas hechas rápidamente, incluso cuando las cambio. vii

vi i i

Agradecimientos

Con este equipo detrás de mí, no tenía otra opción que lograr el éxito. A cada uno de ellos les debo mi gratitud y mi aprecio por su imperecedera lealtad y apoyo. Cualquiera podría tener éxito escribiendo un libro con el soporte de gente que yo he tenido. Además, hay una serie de proveedores con quienes constantemente converso y extraigo información. Les agradezco a todos de forma colectiva su colaboración, puesto que el sitio asignado para notas de gratitud individualizadas no es suficiente. Por último, tengo un gran grupo de gente al que de verdad aprecio, son ustedes, ¡los lectores! Sin ustedes ni su interés en lo que tengo que contar, hoy no estaría en esta posición. Recibo muchas llamadas y correos electrónicos de lectores que simplemente quieren hacerme saber que disfrutaban con mi opinión o con mi manera de exponer una idea. Espero poder continuar ganando su apoyo. ¡Mis mejores deseos para todos!

CONTENIDO

Sobre el autor ..............................................................................................

v

Agradecimientos ..........................................................................................

vii

1.

Historia de las comunicaciones inalámbricas.......................................

1

Sistemas de radiocomunicaciones inalámbricas .................................................... Comunicación en condiciones de espacio libre .............................................. El espectro de frecuencias ........................................................................... El proceso de modulación ............................................................................ Propagación radioeléctrica........................................................................... Sistemas repetidores de microondas ............................................................. Radiocomunicaciones por satélite ................................................................ Grupos de normalización .................................................................................... ANSÍ .......................................................................................................... TÍA ............................................................................................................ ECSA ......................................................................................................... Uso del espectro................................................................................................. Control regulador ........................................................................................ Servicio celular .......................................................................................... Sistema celular analógico (AMPS y TACS) ................................................. Sistema celular digital ................................................................................ Servicios de comunicaciones personales (PCS) ............................................ Sistemas de telefonía móvil universal .......................................................... Radiocanales..................................................................................................... Técnicas de acceso múltiple ............................................................................... Acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA) .................................... Acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) ......................................... Acceso múltiple por división de código (CDMA) ......................................... Técnicas de modulación más habituales.............................................................. Envolvente de la señal modulada ................................................................ Modulación de amplitud............................................................................. Modulación de frecuencia ........................................................................... Modulación digital ...................................................................................... Sistemas de comunicaciones ópticas ....................................................................

4 5 6 9 10 14 15 17 17 17 19 19 19 20 20 22 22 22 22 24 25 25 27 28 29 30 30 31 32 ix

x

Contenido

2.

Sistemas y tecnologías radio ................................................................

35

Metodologías inalámbricas ................................................................................ Características de la radiofrecuencia.................................................................... Aspectos generales .................................................................................... Comunicaciones por microondas ........................................................................ ¿Y el ancho de banda?........................................................................................ Comunicaciones por satélite ............................................................................... Proveedores comerciales ............................................................................. ¿Cómo funcionan los satélites?.................................................................... Bandas de frecuencias para los satélites ....................................................... Posición orbital .......................................................................................... Comunicaciones ......................................................................................... LEO frente a GEO ...................................................................................... Nichos en la esfera GEO ............................................................................. LEO se reúne con GEO ............................................................................... Unidad de seguridad espacial ..................................................................... Mercado para la red .................................................................................... Características del satélite .................................................................................. Latencia ..................................................................................................... Ruido ......................................................................................................... Ancho de banda .......................................................................................... Ventajas ..................................................................................................... Satélites de órbita baja (LEO) ........................................................................... La órbita baja ............................................................................................. Beneficios que ofrecen estos servicios ........................................................ Sistema de posicionamiento global ..................................................................... Satélites de emisión directa......................................................................... Satélites de comunicación ........................................................................... Otras aplicaciones comerciales ...........................................................................

37 37 37 44 48 50 50 50 51 53 53 55 56 56 56 57 59 59 59 60 60 60 61 64 66 66 66 66

Técnicas de acceso para los sistemas radio .........................................

69

Acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA) ............................................ Evolución digital de la comunicación celular ...................................................... Acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) ................................................ TDMA IS-136 ............................................................................................ Capacidades que proporciona TDMA........................................................... Mejoras en la calidad de voz con la tecnología TDMA de IS-136 .................. Servicios de datos actualmente disponibles con TDMA ................................. Asignación automática y dinámica de canal para IS-136 ............................... Evolución microcelular de IS-136 ............................................................... Futuro acceso inalámbrico de alta velocidad para los paquetes de datos me diante EDGE ........................................................................................ Consideraciones adicionales de IS-136 HS................................................... TDMA extendido........................................................................................ Acceso múltiple por división de código (CDMA) ................................................ El estándar celular de CDMA...................................................................... Objetivos del espectro ensanchado ............................................................... Servicios de espectro ensanchado ............................................................... Seguridad ...................................................................................................

71 73 73 75 76 76 78 78 79

3.

80 81 81 82 83 84 85 86

Contenido

Sincronización...................................................................................................... Equilibrio de los sistemas.................................................................................... Interfaz aire .................................................................................................................. Canal descendente ............................................................................................... Canales de tara ..................................................................................................... Canal ascendente ................................................................................................. Canales de tráfico ................................................................................................

4.

5.

xi

86 86 86 87 88 88 89

Comunicaciones celulares ....................................................................

91

¿Por qué digital? .......................................................................................................... Zonas de cobertura ...................................................................................................... Sistemas analógicos celulares ..................................................................................... Incorporación a la red.................................................................................................. Escucha de los canales de control ............................................................................... Disminución de la intensidad de la señal .................................................................... El proceso general de una llamada ............................................................................. El proceso de una llamada entrante............................................................................. El traspaso de una llamada .......................................................................................... Establecimiento ................................................................................................... Ejecución.............................................................................................................. Finalización ......................................................................................................... Emplazamiento celular (estación base) ....................................................................... Central de conmutación del servicio móvil (MTSO) .................................................. Planificación celular .................................................................................................... Solapamiento de la cobertura .............................................................................. Configuraciones del emplazamiento................................................................... Cobertura de las células sectorizadas.................................................................. Emplazamientos escalonados .............................................................................. Reutilización de las frecuencias .................................................................................. Asignación de frecuencias........................................................................................... Establecimiento de la llamada desde un sistema fijo a uno móvil ............................. Traspaso entre sistemas ............................................................................................... Finalización del traspaso ..................................................................................... Devolución del traspaso ...................................................................................... Traspaso a una tercera MSC ............................................................................... Establecimiento sin interrupciones de una red con IS-41 y SS7................................ Itinerancia automática .................................................................................................

96 97 97 98 99 99 100 101 101 101 101 102 102 103 103 104 104 105 106 106 107 107 109 110 110 110 111 112

Comunicaciones personales ..................................................................

115

Estándares celulares de la actualidad.......................................................................... FDMA .................................................................................................................. TDMA .................................................................................................................. Sistemas digitales ........................................................................................................ Evolución digital celular ............................................................................................. Acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) ............................................. Penetración en el mercado .................................................................................. El estándar celular de CDMA ..................................................................................... Grupo para el desarrollo de CDMA ...........................................................................

119 119 119 119 121 121 122 123 124

xii

6.

Contenido

CDMA-PCS ................................................................................................................ Codificadores de voz más sofisticados........................................................................ Mejoras de la capacidad .............................................................................................. Ventajas de CDMA ..................................................................................................... CDMA hoy ................................................................................................................... Razón fundamental de la popularidad de CDMA ...................................................... Traspaso «suave» frente a traspaso «brusco» ............................................................ Activación sobre el aire ............................................................................................... ¿Qué hay sobre los datos? ........................................................................................... Tasas de datos/fax para la comunicación asincrona por conmutación de cir cuitos .............................................................................................................. Voz y datos simultáneos ...................................................................................... Servicios de paquetes de datos .......................................................................... Proveedores de PCS.....................................................................................................

124 125 125 126 128 128 128 129 130

Sistema global para comunicaciones móviles ......................................

133

El cambio está en marcha ............................................................................................ Concepto y servicios GSM .......................................................................................... Arquitectura de la red GSM ........................................................................................ La interfaz aire y la interfaz de línea .......................................................................... Técnicas de acceso empicadas .................................................................................... Capacidades de los canales de tráfico ........................................................................ Funciones de control.................................................................................................... La ráfaga de datos................................................................................................ Formatos de codificación de voz ......................................................................... Estructura de los protocolos c interfaces de red ......................................................... Algunas reflexiones sobre GSM .................................................................................. Necesidad de interoperabilidad ................................................................................... Interoperabilidad de red .............................................................................................. Servicios de voz mejorados ......................................................................................... Tecnologías adicionales: iDEN™ ............................................................................... Mejoría de la eficiencia espectral ....................................................................... VSELP de Motorola: codificación de señales para una transmisión eficiente . Modulación QAM ................................................................................................ Cómo multiplica la capacidad del canal ............................................................. La ventaja de la integración ........................................................................................ El canal de control (CC) .............................................................................................. Arcas de servicio y bloques de frecuencias autorizados .......................................... Innovación e integración ............................................................................................. Eficiencia espectral con saltos de frecuencia ............................................................. Transición digital .........................................................................................................

136 137 138 I 39 140 I4l 141 142 142 142 144 145 146 148 149 149 149 150 150 150 152 152 153 154 154

Servicios de comunicación de datos inalámbricos...............................

157

La revolución inalámbrica ........................................................................................... De la voz a los datos.................................................................................................... Mercado de los datos inalámbricos ............................................................................. Datos inalámbricos y espectro .................................................................................... Regulación del espectro .....................................................................................

159 160 160 I62 162

130 130 131 131

8.

Contenido

x iii

Espectro sin licencias........................................................................................... Transmisión de datos inalámbricos: cómo funciona ................................................... Establecimiento de la sesión frente a la transmisión de paquetes .............................. Datos por paquetes celulares digitales (CD PD) .......................................................... CDPD por conmutación de circuitos (CS- CDPD) .............................................. CDPD por conmutación de paquetes ................................................................. Las comunicaciones de los paquetes de datos son más eficientes ...................... Protocolo de aplicaciones inalámbricas (WA P) ......................................................... SMS .............................................................................................................................. Intcroperatividad nacional de SMS ..................................................................... Mensajería persona a persona.............................................................................. Notificaciones por correo de voz y fax ............................................................... Alertas de los correos electrónicos de Internet ................................................... Internet inalámbrico ..................................................................................................... Sistemas generales de radiocomunicación por paquetes ............................................. Arquitectura del sistema GPRS........................................................................... Servicios portadores y servicios suplementarios ................................................. Uti lización simultánea de lo s serv icios por conmutación de paquetes y de circuitos ......................................................................................................... EDGE: el siguiente paso en los datos inalámbricos ................................................. GERAN ........................................................................................................................ UMTS .......................................................................................................................... Acceso a la red UMTS (U TRAN) ....................................................................... La industria de los datos inalámbricos ........................................................................ Integradores de sistemas .................................................................................... Proveedores de software ...................................................................................... Proveedores de hardware ..................................................................................... Operadores ........................................................................................................... Datos inalámbricos: tipos de aparatos .........................................................................

163 163 164 168 168 168 170 171 173 173 174 174 174 1 75 176 177 179

Redes de área local inalámbricas (WLAN) ..........................................

187

Redes de área local inalámbricas ................................................................................ Definición de una LAN inalámbrica .......................................................................... Aplicaciones para LAN inalámbricas ........................................................................ Ventajas de WLAN ..................................................................................................... Cómo funciona la red WLAN ..................................................................................... Configuraciones de una WLAN .................................................................................. WLAN independientes ........................................................................................ WLAN extendidas ............................................................................................... Infraestructura de las WLAN .............................................................................. Opciones de la tecnología WLAN .............................................................................. Espectro ensanchado ........................................................................................... Consideraciones del cliente de la WLAN .................................................................. Alcance/Cobertura............................................................................................... Caudal de tráfico.................................................................................................. Integridad y fiabilidad ......................................................................................... Especificación 802.11 .................................................................................................. Arquitecturas IEEE 802.11 ........................................................................................ Capas del estándar IEEE 802.11 ........................................................................ Señales físicas .....................................................................................................

189 I9l 193 194 195 196 196 196 197 198 198 198 198 198 199 199 200 200 201

180 180 181 181 181 183 183 183 184 1 84 184

xiv

9.

Contenido

Importancia de la temporización ........................................................................ ¿Está despejado para enviar? .............................................................................. Itinerancia ............................................................................................................ Capa MAC y carga útil de los datos .................................................................... Red doméstica ............................................................................................................. 802.1 Ib frente a redes RF domésticas ....................................................................... El punto de acceso inalámbrico .......................................................................... El adaptador inalámbrico..................................................................................... Realidades de la comunicación inalámbrica ....................................................... Alguna motivación ...................................................................................................... IP móvil................................................................................................................ Un estándar inalámbrico más rápido: 802.1 la ........................................................... Frecuencias para todo .................................................................................................. HiperLAN/2 ................................................................................................................. Domesticar la bestia del estándar ............................................................................... Problemas de interoperabilidad .................................................................................. ¿Qué pasa con la higiene dental? ............................................................................... ¿Qué es Bluetooth? ..................................................................................................... Origen de Bluetooth ............................................................................................ Conformidad ........................................................................................................ Voz ....................................................................................................................... Datos ....................................................................................................................

201 202 204 204 204 205 206 206 208 208 208 209 209 211 211 212 212 212 213 214 214 215

Innovaciones inalámbricas en banda ancha..........................................

217

Innovaciones inalámbricas .......................................................................................... El Mercado en general ................................................................................................ De la maleta al bolsillo ............................................................................................... Arquitectura de la red Ricochet .................................................................................. Los componentes ................................................................................................ Espectro de radiofrecuencias ...................................................................................... Tecnología de espectro ensanchado, saltos de frecuencia .................................. Transporte de red por conmutación de paquetes ................................................. Software intermedio, protocolos personalizados y proxies ........................................ IP móvil ...................................................................................................................... TCP/1P en satélites ..................................................................................................... Satélite y ATM ............................................................................................................ Trazado de reglas para Internet .................................................................................. La adaptación de Internet puede acelerar el caudal de tráfico ............................ Visión de la tecnología de Teledesic .......................................................................... Compatibilidad sin interrupciones ...................................................................... Red Teledesic .............................................................................................................. Conmutación de paquetes rápida ........................................................................ La constelación de satélites ................................................................................ Acceso múltiple ................................................................................................... Capacidad de la red ............................................................................................. Bucle local inalámbrico (WLL) ................................................................................. Recesión de la tecnología WLL ................................................................................. Arquitectura del sistema de transmisión descendente inalámbrico ........................... Bandas de frecuencias y limitaciones ........................................................................ Recepción de la señal en el abonado ..........................................................................

219 219 220 222 222 225 225 225 227 228 229 230 23 1 231 233 233 233 235 235 236 236 237 238 238 239 239

Contenido

xv

Bucle local inalámbrico (WLL) .......................................................................... No para todo el mundo ................................................................................ ¿Qué hay del ancho de banda? ..................................................................... Entrada de los servicios de distribución local multipunto (LMDS) ........................ El argumento detrás de LMDS ........................................................................... Arquitecturas de red disponibles para los operadores .......................................... TCP/IP sobre LMDS ..........................................................................................

242 243 245 246 246 249 249

10. Estándares inalámbricos emergentes....................................................

251

Estándares inalámbricos ..................................................................................... GPRS ................................................................................................................ EDGE ................................................................................................................ ¿Qué hay de especial en EDGE?.................................................................. UMTS ............................................................................................................... Internet móvil: un estilo de vida ......................................................................... Aplicaciones de Internet inalámbrico ................................................................... Visión de las comunicaciones inalámbricas ........................................................ Cómo se posiciona la industria del móvil............................................................. Tecnologías claves ............................................................................................. UTRA ........................................................................................................ Terminales multimodo de segunda generación/terminales UMTS ................... Sistemas por satélite.................................................................................... Tarjetas USIM/tarjetas inteligentes .............................................................. Compatibilidad del protocolo de Internet (IP) .............................................. Espectro para UMTS ......................................................................................... La familia de estándares de cdma2000 ................................................................ Propósito ....................................................................................................

253 253 258 259 259 260 263 263 266 267 267 267 268 268 269 269 270 270

11. Aplicaciones inalámbricas ....................................................................

273

Utilización de las comunicaciones inalámbricas.................................................... Hay un bicho en mi sopa .................................................................................... Internet inalámbrico se pone en marcha............................................................... Aplicaciones y características ............................................................................. La televisión como aplicación ............................................................................ ¿YDickTracy? ................................................................................................. Web a través del cielo......................................................................................... A través del aire sin «LOS» ................................................................................ Prescripciones médicas....................................................................................... Seda dental y PDA ............................................................................................. SOHO................................................................................................................ Estudiantes y profesores unidos ........................................................................... Panorama de compras ......................................................................................... Con su cara........................................................................................................ Reuniones de propósito específico por infrarrojos ................................................. Finalmente el equipo cambia .............................................................................. Teléfono inalámbrico en Chicago........................................................................ ¿Hacia dónde voy? ............................................................................................. ¿Cómo llego desde aquí hasta allí? ..................................................................... Comentarios finales ...........................................................................................

275 276 277 278 280 282 283 286 286 289 291 292 293 294 296 296 297 298 299 301

xvi

Contenido

Acronimos ....................................................................................................

303

Glosario ........................................................................................................

319

Índice temático .............................................................................................

333

Capítulo 1 HISTORIA DE LAS COMUNICACIONES INALÁMBRICAS

Bienvenido al mundo de las comunicaciones inalámbricas y, por extensión, al de las arquitecturas de banda ancha que están emergiendo como el futuro de la industria. Ningún aspecto de las comunicaciones quedará indiferente ante las interfaces inalámbricas; tampoco permanecerá intacto nuestro entorno de trabajo. A medida que el mundo cambia y surgen nuevas tecnologías, se espera ver más novedades en el campo de las comunicaciones inalámbricas que en el de las interfaces cableadas. Los usuarios son cada vez más móviles; los datos se reajustan para satisfacer sin cables al usuario móvil; por último, se adaptan nuevos protocolos para los dispositivos portátiles (Asistentes personales digitales [PDA], teléfonos móviles equipados para datos, dispositivos con acceso a Internet) a jin de soportar las altas velocidades demandadas por el usuario final. Con esta idea en mente, nos aventuramos en el nuevo mundo del bucle local inalámbrico, los dispositivos portátiles, la telefonía inalámbrica, el acceso CATV inalámbrico y los sistemas de videoconferencia inalámbricos, los cuales responderán a las demandas de voz, datos, vídeo y aplicaciones multimedia. Cuando acordé con el editor escribir este libro, volví la mirada a otro que publiqué a principios de ¡990, llamado Wireless Networked Communications. La razón de esa mirada retrospectiva estaba en el adelanto que ya entonces le llevaba a la industria y a mí mismo. El libro trataba muchos aspectos de la telefonía para voz sobre sistemas de comunicaciones inalámbricas y muy pocos aspectos de los datos. Sin embargo, el tema de los servicios de datos y el de las LAN inalámbricas despiertan ahora la curiosidad de mucha gente. Es más, el empleo de las comunicaciones inalámbricas para el acceso directo a Internet y para los servicios de mensajería comienza a ser la guinda del pastel. Este libro empezará tratando cuestiones relacionadas con las comunicaciones inalámbricas. A partir de ahí, se cogerán los diferentes componentes de las aplicaciones y se desarrollarán para asegurar que todos quedan cubiertos. En muchos casos, los temas de discusión permanecerán en el aspecto menos técnico. No quiero perder a un estimado lector, ni tampoco deseo ofender la inteligencia de nadie. Este libro está escrito para la persona no relacionada con las comunicaciones radioeléctricas (RF), ni con la ingeniería, ni siquiera iniciados en la materia. Cada uno de ellos podrá encontrar muchos temas escritos de la manera que mejor satisface su curiosidad ingenieril. No obstante, algunas partes de este libro atraerán la atención de esa persona porque abordan el tema de las aplicaciones, las cuales desarrollan los ingenieros. La tecnología tiene que buscar una aplicación que la soporte cuando no la hay. Esto significa que, la tecnología no será aceptada de buen grado sin una aplicación «rompedora». No lo olvide mientras lea este texto. Para quien no es ingeniero, este libro intentará tomar cada uno de los componentes de los sistemas inalámbricos y descomponerlos en partes que resulten más manejables, comprensibles y concretas para la aplicación. Aprenderá mucho del libro si se engancha a él. Ningún autor puede pretender dirigirse a todos los públicos con la esperanza de obtener un reconocimiento y una aceptación totales. Por lo tanto, es de esperar que este libro haga todo lo posible por abarcar, con la apropiada diligencia, los fundamentos de los siguientes temas:

3

Comunicaciones inalámbricas de hunda ancha

 Sistemas radioeléctricos y ópticos.  Sistemas por satélite.  Sistemas por microondas.  Comunicaciones celulares.   Servicios de comunicaciones personales (PCS, Personal Communications Services).  Sistema global para comunicaciones móviles (GSM, Global System for Mobile Communications).  Datos sobre comunicaciones inalámbricas.  Red de área local inalámbrica (LAN. Local Área NctworkJ (802.1 Ib).  Red de área extendida inalámbrica (IVLAN, Wide Área Netvvork).  Comunicaciones inalámbricas de tercera generación (3G).  Aplicaciones.

SISTEMAS DE RADIOCOMUNICACIONES INALÁMBRICAS Una de las tecnologías más interesantes de la industria actual probablemente sea el mundo de las comunicaciones inalámbricas. Esta afirmación no se basa en el último avance de las comunicaciones, sino en el más significativo. A menudo, todos escuchamos cómo la evolución de la tecnología nos liberará de los tradicionales cables que proporcionan las comunicaciones actuales. Sin embargo, las comunicaciones inalámbricas han estado durante décadas a nuestro alrededor, en una variedad de usos y técnicas. Las nuevas aplicaciones ahora se inspiran en servicios triviales, lo que ha despertado el interés internacional en las aplicaciones, anchos de banda y aspectos legales de las comunicaciones inalámbricas. Hoy en día, toda la gente habla sobre el futuro del mundo inalámbrico y de las posibilidades para comunicarnos en general. Las comunicaciones inalámbricas no son nuevas. Desde los primeros días de la civilización, tuvieron lugar diversas formas de comunicación sin la necesidad de una conexión física. En el entorno de la jungla tribal, los tambores eran el recurso primario para comunicarse. A medida que los remitentes golpeaban en tambores o en troncos ahuecados, los sonidos reverberantes se interpretaban en el otro extremo. En muchas ocasiones, el toque del tambor sólo recorría una distancia limitada, así que eran necesarios diversos puntos de retransmisión. El primer receptor haría acuse de recibo del mensaje del remitente correspondiendo con una serie de toques de tambor, luego retransmitiría el mismo mensaje al siguiente receptor. Esta limitada forma de transmisión satisfacía la necesidad de comunicarse, pero estaba sujeta a muchas interferencias ruidosas y malentendidos. En consecuencia, el mensaje se enviaba repetidamente para minimizar los errores potenciales de la interpretación. Esto era tosco pero funcionaba. En los orígenes de Norteamérica, las tribus nativas utilizaban señales de humo como medio de comunicación limitado por la distancia. Los inconvenientes de estas señales, además de las restricciones de la distancia, se encontraban en las condiciones de visión directa (LOS, Une of Sight), en un alfabeto limitado y en los errores causados por el viento. La comunicación se perdía si la bocanada de humo salía volando o se disipaba demasiado pronto. La introducción de una bandera como semáforo de señalización profundizó en el ámbito de la comunicación con el uso de un alfabeto mejorado que podía abordar las necesidades del lenguaje, pero también estaba limitada al funcionamiento en condiciones de visibilidad directa diurna. Así que el sistema apenas se encontraba disponible ni era seguro, aunque en ciertas circunstancias sí resultaba eficaz. Los mensajes podían ser más extensos y detallados, puesto que la señalización del semáforo permitía el manejo de un alfabeto completo. Los inconvenientes eran la limitación de la distancia (que requería la retransmisión constante de la informa-

Historia de las comunicaciones inalámbricas

ción), el tiempo adicional necesario para enviar mensajes detallados y el riesgo de no detectar la interceptación de los mismos. En el siglo xix, se empleaban haces de luz para las comunicaciones en trayectos cortos, sobre todo en contextos militares. Se podían transmitir mensajes muy detallados, desde el transmisor al receptor, mediante una secuencia codificada (código Morse) de luces intermitentes. De nuevo, el método sólo era eficaz sobre distancias limitadas y se mantenía silencioso, pero era visible. Los inconvenientes incluían la limitación de la distancia, la posible recepción de información no autorizada debido a la visibilidad de la transmisión desde diversos ángulos y el riesgo de interceptación. La seguridad siempre fue recelosa, así que se introdujo como protección un método de encriptación del alfabeto. Esto exigía un juego de códigos que siempre cambiara, junto con un manejo especial y un tiempo adicional para descifrar manualmente el mensaje transmitido. Además, el código de cifrado tenía que estar actualizado en todas los lugares para lograr la exactitud del mensaje. En la transmisión por radio, la voz humana primero debe convertirse en señal eléctrica. Esta señal es análoga a la composición de los cambios de presión del sonido producido por la voz humana; corresponde al período de las comunicaciones analógicas. El análisis de las ondas de sonido es una parte clave de la teoría de las radiocomunicaciones. El conocimiento de los principios radioelcctrieos es crítico para comprender cómo funcionan las diversas técnicas de comunicaciones inalámbricas. En los primeros sistemas de telecomunicación (especialmente en el ámbito de la telefonía), la propagación radioeléctrica formaba parte del desarrollo de la red. A medida que surgían sistemas nuevos, las modificaciones y mejoras permitían que las redes transportaran todo tipo de comunicación: voz, datos, telegrafía, imagen, fax y vídeo.

Comunicación en condiciones de espacio libre Los sistemas radioeléctricos propagan información en condiciones de espacio libre (a través del vacío). Esta circunstancia evita algunos de los problemas a los que se enfrentan otros sistemas de transmisión. Por ejemplo, los sistemas de cable requieren un medio físico y son difíciles de instalar en ciertas zonas geográficas. Entre las ventajas de los sistemas radioeléctricos se incluyen: ■ La capacidad de cruzar zonas de agua, tales como lagos o ríos, donde una instalación de cable necesitaría un trato especial para prevenir filtraciones sobre los conductores de cobre. ■ La capacidad de superar los obstáculos en la transmisión causados por la presencia de montañas y valles profundos, donde los costes de la instalación de cable serían prohibitivos y difícil de mantener. ■ La capacidad de evitar la interconexión al proveedor de telefonía local (Telco) o a la compañía de Correos, teléfono y telégrafo (PTT, Post Telephone and Telegruph). En la Figura 1.1, el proveedor de servicio local se dio cuenta de que un sistema con cables precisaría un trayecto de instalación eléctrica bajo el agua, que sería propenso a filtraciones. Una alternativa consistía en tender cable sobre el agua (por el aire), lo cual requería sistemas de soporte para el mismo (incluso la construcción de postes) y sería propenso al deterioro y a la destrucción causados por el viento. La Figura 1.2 describe el uso de sistemas radioeléctricos para vencer los problemas del terreno asociados a una montaña o un valle. El proveedor local prefirió un sistema radioelcctrico como punto de retransmisión frente a la construcción de un sistema de cable, que ascendiera por la montaña. La Figura 1.3 muestra una nueva aplicación para los sistemas radioeléctricos; podría utilizarse como un medio para evitar (puentear) la ruta normal de cable del suministra-

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Figura 1.1. Comunicación radioeléctrica en lugar de tender cable por encima del agua (por el aire).

dor local. La línea de puntos representa cómo iría una línea arrendada desde la ubicación del cliente A, a través del suministrador local, a la ubicación del cliente B. Estas lineas contratadas afrontarían costes de alquiler anuales o mensuales del suministrador local. Los clientes podrían evitar los elevados costes de alquiler mediante un sistema radio privado (propio o arrendado). El uso de ondas radioeléctricas en condiciones de espacio libre exige la conversión del sonido de la voz humana (o de otro tipo de información) a su equivalente eléctrico. Los componentes del equipo utilizados para realizar esta conversión funcionan de igual modo en cualquier sistema radio. Aunque pueden empicarse diferentes nombres para describir a estos elementos, lo importante es su funcionalidad.

El espectro de frecuencias Los sistemas radioeléctricos tales como las comunicaciones celulares bidircccionales, las comunicaciones personales, los sistemas por microondas y por satélite, operan en una única fre-

Figura 1.2.

Los problemas del terreno pueden vencerse.

Historia de las comunicaciones inalámbricas

Figura 1.3.

7

Conexiones privadas para evitar la ocupación de la central del operador local (ILEC, Incumbent Local Exchange Carriel).

cuencia. Algunos utilizan frecuencias diferentes (dos) para la transmisión y la recepción de información (para enviar y recibir). Sin embargo, funcionan en una frecuencia determinada, sin posibilidad de variarla. En Estados Unidos, estos sistemas se autorizan a través del programa de concesión de licencias de frecuencias de la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC, Federal Communications Comission) y apenas tienen un margen de flexibilidad. Es decir, si la frecuencia designada está ocupada, hay que esperar. Algunas radiofrecuencias pueden incorporarse con facilidad en la red. El comportamiento de una frecuencia es previsible, puesto que el funcionamiento de la red es conocido. Muchos de estos sistemas soportan diversas interfaces. El sistema radioeléctrico difunde su información desde un transmisor a un receptor estacionado en una frecuencia fija. La energía se distribuye sobre un espectro limitado, que se recibe y se detecta fácilmente. Los sistemas radioeléctricos bidireccionales, PCS y celulares pertenecen a este mismo dominio. Los funcionamientos son función de la longitud y de la frecuencia de la onda. Para el transporte de muchas llamadas de voz, se necesita el ancho de banda. Este se produce en el número medio de ciclos por segundo disponibles para superponer la voz en la radioeléctrica. Cuanto mayor sea el número de ondas en un período de tiempo de un segundo (la frecuencia), más información se podrá transportar. La Figura 1.4 describe las frecuencias y la longitud de onda para los sistemas radioeléctricos y ópticos; cuanto más corta sea la onda, más alta será la frecuencia. Observe la radiofrecuencia de una onda corta. Se supone que una onda tiene 10.000 (10 4 ) metros de longitud. Esto significa que 10.000 (10 4 ) ondas por segundo con una longitud de 10.000 m cada una pueden transportar un número de canales muy limitado, mientras que

8

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

la longitud de onda de las frecuencias de microondas es mucho más corta ( 1 0 2 ), pero hay 10 mil millones ( 10l 0 ) de ondas por segundo. Por supuesto, en estos canales se transportan más conversaciones. El sonido tiene dos variables que cambian constantemente: la amplitud (altura de la señal) y la frecuencia (tasa variable de cambio en un período de tiempo determinado). El modelo normalmente se representa mediante una forma de onda sinusoidal, como la que se muestra en la Figura 1.4. Esta forma de onda, que representa el equivalente eléctrico de la voz humana, es función de la amplitud (o valor de la corriente) y de la frecuencia con respecto al tiempo. El ciclo completo queda representado desde el punto inicial (A), durante un ciclo de 360 grados, hasta el punto final (E). Al ciclo completo, que se produce en una trama de tiempo de un segundo, se le denomina hercio (Hz); un hercio es un ciclo por segundo. El número de ciclos que se producen en un período de tiempo de un segundo constituye la frecuencia. La frecuencia de una voz normal se representa con 3.000 ciclos por segundo o 3 Kilohercios (KHz). De este modo, la voz humana se transforma en una onda radioeléctrica de 3 KHz, que puede ser modulada sobre una portadora radioeléctrica. Esta forma de onda también tendrá una cierta velocidad con respecto a la distancia y al tiempo, puesto que representa al equivalente eléctrico de la voz en la transmisión analógica. En condiciones de espacio libre, la onda electromagnética se transmite a través del aire a la velocidad de la luz (186.000 millas por segundo) 1. Las ondas radioeléctricas se pueden generar y transmitir a través de una amplia gama de frecuencias, desde unos 10 KHz hasta millones de hercios (megahercio o MHz) e incluso billones (gigahercio o GHz). La Figura 1.5 muestra el espectro de frecuencias típico para la transmisión de diversas formas de energía. El espectro abarca desde las radiofrecuencias hasta los rayos X y los rayos cósmicos, pasando por las frecuencias ópticas.

Figura 1.4. La onda.

1

1 milla/h - 0,4470 m/s. (N. del T.)

Historia de las comunicaciones inalámbricas

9

Rojo Naranja Amarillo Verde Azul Añil Violeta

Figura 1.5. Espectro de frecuencias para diversas formas de energía.

El proceso de modulación Una vez que se ha determinado la frecuencia de transmisión, la información deberá ser modulada (superpuesta) sobre una portadora que opere en esa misma gama de frecuencias. Continuando con el ejemplo, la voz humana genera una serie de frecuencias aproximadas entre 100 Hz y 5.000 Hz. Sin embargo, casi toda la parte de información útil e inteligible se concentra alrededor de 3.000 Hz. En consecuencia, los sistemas de transmisión comerciales, como cualquier recurso económico, se fabrican para proporcionar un margen de frecuencias (ancho de banda) limitado en torno a 3 KHz. Esto se consigue mediante la división del espectro de frecuencias en trozos o secciones de 4 KHz, en los que la onda eléctrica se aplica o se superpone sobre la onda portadora. No obstante, se instalan filtros paso banda para transmitir sólo aquellas frecuencias comprendidas entre 300 y 3.400 Hz. En la Figura 1.6, el ancho de banda se divide en un canal de 4 KHz con filtros paso banda que sólo permiten el uso de 3 KHz.

Figura 1.6.

Ancho de banda de un canal de voz para comunicaciones de banda estrecha.

10

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Debido a que la transmisión radioeléctrica comienza habitualmcnte en 10 K.Hz, no sería razonable pretender transmitir información de voz en el espectro por debajo de 10 KHz. Por lo tanto, se utiliza un rango de frecuencias superior en el que la voz puede ser modulada sobre una señal portadora en el extremo transmisor. Cuando la voz se introduce en un equipo —en este caso, un modulador— esta se aplica sobre una frecuencia portadora que modifica la onda actual para producir la envolvente de información. La onda modulada representa la suma de la onda portadora más la señal que se transmite. La modulación se abordará más adelante en este capítulo. Aunque la señal se transporta en condiciones de espacio libre (mediante ondas), deberían considerarse los siguientes factores en relación con el tipo de sistema de transmisión radioeléctrico empleado: ■ Debe tomarse una decisión sobre el método de transferencia de la información: a través de emisiones en condiciones de visibilidad directa, punto a punto o transmisión omnidircccional. ■ El ruido siempre será un factor a tener en cuenta porque su presencia degradará la señal. ■ La potencia de salida afectará directamente a la distancia que la señal recorra. ■ La pérdida o atenuación será un condicionante puesto que la señal radioeléctrica disminuirá cuando atraviese ciertos materiales aislantes y aumentará su ganancia cuando pase por conductores o cuando sea reflejada por otros objetos. ■ La lluvia intensa o la nieve absorberán parte de la señal transmitida en ciertas bandas de frecuencias (tales como las de microondas y las de satélites). Aunque en esta lista no está todo incluido, los factores más importantes son genéricos para la mayoría de los sistemas de radiocomunicaciones. Cada uno debe considerarse seriamente antes de fijar las expectativas de funcionamiento.

Propagación radioeléctrica Las características de propagación de una onda variarán de acuerdo con la banda de frecuencias seleccionada. En general, la señal que se transmite a través de una antena viajará por la curvatura de la Tierra (véase la Figura 1.7). Aunque la señal se emite en todas direcciones (o en una dirección punto a punto), la energía sigue la curvatura terrestre. En algunos casos, la potencia reflejada por la superficie de la tierra ayuda a conseguir el resultado deseado. Para bajas frecuencias (bandas muy bajas, bajas y medias), la señal sigue la curva de la superficie terrestre sobre una onda, que normalmente se denomina onda de superficie. La distancia que la onda recorre será función de la cantidad de potencia generada por el dispositivo transmisor. La potencia de salida se selecciona para cubrir distancias y zonas determinadas. En la banda de altas frecuencias (HF, High Frequenev), la onda de superficie se absorbe y atenúa con gran rapidez. Sin embargo, la energía radiada también tiene un movimiento ascendente con el que la señal alcanza aproximadamente de 40 a 300 millas 2 por encima de la tierra, entrando en la ionosfera. En esta capa, las ondas radioeléctricas son refractadas en varios ángulos y rebotadas hacia la Tierra. Este tipo de transmisión permite que las señales radioeléctricas sean dirigidas y transmitidas con mucha menos potencia de salida. La Figura 1.8 ilustra esta forma de transmisión de alta frecuencia. En la banda de muy altas frecuencias (VHF, Very High Frecuency), la señal se transmite en líneas rectas. Se puede utilizar una antena directiva para dirigir la señal sobre un trayecto LOS. El terreno de ese trayecto puede reflejar cierta parte de la onda haciendo que ésta también 2

1 milla - 1,609 km. (N. del T.)

Historia de las comunicaciones inalámbricas

11

Figura 1.7. La señal viaja a lo largo de la curvatura terrestre.

llegue al mismo punto. El diseño de este tipo de transmisión requiere gran cuidado porque la onda reflejada puede causar interferencias. El trayecto es más largo porque la señal está siendo reflejada por la superficie de la tierra (u otra superficie). En consecuencia, la señal reflejada puede llegar más tarde que la señal directa LOS. Este retardo, o señal fuera de fase, puede distorsionar la transmisión. La Figura 1.9 ilustra la transmisión VHF mediante una señal LOS. También se muestra la onda reflejada. Para conseguir una transmisión LOS la altura de la antena es crítica; cuanta más distancia de separación existe entre el transmisor y el receptor, más alta es la antena.

Figura 1.8. Onda de superficie de alta frecuencia.

12

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

En la banda de ultra altas frecuencias (UHF, Ultra tligh Frequency), el empleo de mieroondas es notorio. En los sistemas por microondas actuales, las frecuencias altas se utilizan para las comunicaciones punto a punto. Se pueden multiplcxar varios canales de comunicación y transmitirlos juntos a través de la portadora. Los proveedores Telco, las compañías PTT y las organizaciones privadas utilizan mucho estos sistemas por microondas para el transporte de llamadas telefónicas. Se necesitan dos juegos de frecuencias en los sistemas por microondas: una frecuencia transmisora y una frecuencia receptora. Las bandas más bajas del espectro (LF y HF) se utilizan en las transmisiones de único sentido alterno sobre una única frecuencia, lo cual exige que un lado escuche mientras el otro habla. Es decir, se emplean en una transmisión del tipo pulsar para hablar. Si ambas partes intentan enviar información a la vez, la transmisión dejará de ser útil debido a un efecto de interferencia intencionada (jamming). Para que la radiocomunicación resulte eficaz se necesitan protocolos de transmisión muy específicos. En una llamada telefónica, la transmisión de las llamadas de voz mediante una señal radioeléctrica es diferente. La dinámica de una llamada de telefono requiere la transmisión simultánea en ambas direcciones porque los protocolos o reglas de telefonía son mucho menos rigurosas. Para evitar el jamming, se necesitan dos frecuencias distintas. La Figura Í . IO muestra una transmisión por microondas que utiliza dos sistemas separados (uno como transmisor y otro como receptor). Cada uno de ellos tiene una frecuencia diferente. La frecuencia uno se usa para transmitir desde el oeste al este, mientras que la frecuencia dos se usa para transmitir desde el este al oeste. Los sistemas por microondas actuales combinan las funciones de transmisión y recepción en un único dispositivo denominado transceptor (transceiver), que mezcla la entrada-salida (transmisión-recepción) en un único sistema radioeléctrico para la comunicación en dos sentidos o bidireccional. La Figura 1.11 ilustra un sistema transceptor actual. Un sistema de radiotelefonía bidireccional (como el Servicio de telefonía móvil avanzada [AMPS, Advanced Mobile Phone Service] o el Servicio de telefonía móvil mejorado [IMTS, lmproved Mobile Telephone Service]) y un sistema de telefonía celular operan a lo largo de las mismas líneas del mismo modo que los sistemas por microondas. Una diferencia es que los sistemas celulares y los de radiotelefonía utilizan frecuencias más bajas, de manera que la distancia y la energía de salida necesaria para transmitir quedan limitadas. Sin embargo, estos sistemas ahora disponen de frecuencias dobles para conectarse a uno de radiotelefonía. La Figura 1.12 muestra este concepto general para un sistema de radiotelefonía bidireceional. Los teléfonos celulares funcionan del mismo modo, pero utilizan una terminología diferente. La

Historia de las comunicaciones inalámbricas

Ubicación «A» Figura 1.10.

Figura 1.11.

La señal viaja por la curvatura de la Tierra.

Sistemas microondas actuales combinan la función de transceptor.

13

14

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Figura 1.12. Sistemas de radiocomunicación en dos sentidos.

estación base o emplazamiento (dependiendo del sistema) transmite mucha más potencia de salida que el aparato móvil (o teléfono celular). La potencia de salida de una estación base o emplazamiento celular (cell-site) puede ser de 15 a 30 vatios, mientras que la del terminal móvil es de 5 vatios para sistemas antiguos, de 3 vatios para teléfonos celulares y de 0,3 vatios a 0,6 vatios para los nuevos terminales móviles de telefonía celular.

Sistemas repetidores de microondas Mientras los sistemas radioeléctricos evolucionaban, se descubrió que la transmisión por microondas y con repetidores podía cubrir mayores distancias. Un repetidor recibe la señal radioeléctrica en una antena, la transforma a sus propiedades eléctricas y entonces retransmite la señal a través del nuevo transmisor. En algunos casos, el repetidor traslada la señal de una frecuencia a otra. La transmisión tiene lugar en condiciones de visibilidad directa y, para mantenerla, la altura de la antena es importante. No obstante, el límite de potencia, el trayecto y otras fuentes aún restringen las distancias a cubrir. Los límites de distancia, para las transmisiones por microondas, varían según la banda de frecuencias. La Tabla 1.1 muestra las distancias habituales sin el uso de repetidores, para algunas bandas de frecuencias. Los datos dados en la Tabla 1.1 son sólo representativos. Lógicamente, dependerán de los factores externos a cada sistema. Por ejemplo, una antena de 2 GHz a 6 GHz instalada en lo alto del monte Killington en Vermont, podría alcanzar con éxito una distancia de 50 millas a 70 millas sin repetidores. La altura de la antena, en relación con la curvatura, permite una distancia de transmisión mayor y minimiza la interferencia procedente de otras fuentes. Además, a esas alturas la potencia de salida puede ser mayor (aunque no necesariamente) porque alrededor no hay nada más. La Figura 1.13 muestra un sistema repetidor de microondas a una distancia típica de 30 millas. El sistema sólo tiene propósitos ilustrativos puesto que hay otras consideraciones

Historia de las comunicaciones inalámbricas

15

Tabla 1.1. Distancias Banda 2-6 GHz 10-12 GHz 18 GHz 23 GHz 38 GHz

Distancia 30 millas 20 millas 7 millas 5 millas 1-2 millas

que afectarían a la transmisión. Este tipo de transmisión ha sido muy utilizado en todo el mundo. Todavía se emplea mucho en redes que cubren grandes distancias.

Radiocomunicaciones por satélite A medida que los sistemas de telefonía continuaban su evolución y crecía la necesidad de transmitir información a través de distancias cada vez mayores, surgió un nuevo sistema de radiocomunicación. En 1960, las señales radioeléctricas por microondas se transmitieron, a través de la atmósfera, a un repetidor que flotaba en el espacio. El sistema, llamado sistema de comunicaciones por satélite, fue diseñado originalmente para que un objeto artificial que estuviese orbitando alrededor de la Tierra rebotara las ondas radioeléctricas. Los intentos anteriores de rebotarlas desde la Luna no fueron tan exitosos como se había esperado. El sistema funcionaba, pero la señal de retorno era tan débil que no se podía utilizar. Otra prueba similar desde un globo aerostático también obtuvo resultados insatisfactorios. Por lo tanto, el siguiente peldaño lógico era un sistema activo en lugar de uno pasivo. Un satélite ofrece notables ventajas. Se pueden obtener señales muy potentes y cubrir distancias muy grandes, para ello la señal de transmisión sólo precisa un único repetidor (el satélite). Este puede estar situado en una órbita polar, inclinada o ecuatorial. La órbita puede ser circular (equidistante) o elíptica (no al mismo tiempo) y estar a diferentes alturas sobre la superficie de la Tierra. Los primeros satélites fueron lanzados en órbitas elípticas situadas a una altitud terrestre más baja que las de los satélites actuales. El giro alrededor de la Tierra tardaba de una a dos horas, dependiendo de la altura y del trayecto. Por lo tanto, el equipo correspondiente de la estación terrena debía seguir la pista del satélite y sólo podía transmitir durante períodos de tiempo limitados, cuando el satélite estaba visible. El sistema resultó ser inválido para el uso comercial porque se necesitaban varios satélites para suministrar una comunicación permanente y el equipo móvil de la antena requería una reorientación continua de sus platos. Así pues, se seleccionó una órbita circular alrededor del ecuador (órbita ecuatorial) a una altura

Figura 1.13. Sistema repetidor de microondas.

16

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

de 22.300 millas. A esta altura, un satélite tarda 24 horas en recorrer la Tierra, lo que le hace parecer un objeto estacionario. De hecho, esta órbita recibe el nombre de órbita geoestacionaria o geosíncrona. Es más, a esta altura, la extensa huella (zona de cobertura) del haz radioelectrico (de 170 grados de dispersión) de retorno a la superficie de la Tierra produce, desde un único satélite, una zona de cobertura muy grande —aproximadamente un tercio de la superficie terrestre—. De este modo, sólo se necesitan tres satélites para proporcionar una cobertura casi total. Una vez que se determinan la posición del satélite y las zonas de cobertura, el resto es sencillo. Un transceptor de microondas se comunica con el satélite y su huella. El trayecto del haz radioelectrico de un único satélite puede abarcar el Norte y Sur de América. Para la transmisión y recepción de comunicaciones por satélite, se establece un enlace terrenal (microondas, cobre, coaxial o fibra óptica) desde la ubicación del cliente hasta el enlace ascendente más próximo. La Figura 1.14 muestra una conexión estadounidense enlazada a través de varios recursos. En el ámbito internacional, el acuerdo difiere según el grado de acceso permitido en cada país y las reglas de sus organizaciones PTT.

Figura 1.14.

Enlaces por satélite.

Historia de las comunicaciones inalámbricas

I7

La transmisión por satélite se ha utilizado con asiduidad en las comunicaciones de larga distancia y en comunicaciones internacionales transoceánicas. Sin embargo, los costes asociados al lanzamiento del satélite, a los componentes electrónicos, a los equipos de la estación terrena y a la vida de la órbita han perjudicado la situación global. Aún existiendo otras tecnologías (tales como microondas y fibra óptica) que ofertan servicios cuyos costes descienden progresivamente, los servicios que ofrece el satélite permanecen con precios elevados. Por esta razón, muchos usuarios industriales optaron por utilizar selectivamente éstos sistemas de transmisión. Era de esperar que su uso doméstico se desvaneciera rápidamente en el pasado. Con los sistemas por satélite se dispone de gran cantidad de ancho de banda puesto que el espectro de frecuencias puede asignarse a una base de acceso fijo o bajo demanda. Basta decir que la capacidad está disponible si el usuario desea experimentar o utilizar el sistema a tiempo completo. Puesto que la señal se debe transmitir al satélite situado a 22.300 millas, el coste de alquiler de un canal (u otro segmento de ancho de banda) no es sensible a la distancia. De momento, las ventajas de la transmisión pesan más que los inconvenientes; así pues, el satélite estará presente durante mucho tiempo.

GRUPOS DE NORMALIZACIÓN En la comunidad norteamericana, hay muchas organizaciones que coordinan los estándares y la asignación de frecuencias. Los comités de normalización definen la interoperabilidad de los equipos producidos por fabricantes diferentes. Estas comisiones constan de miembros de agencias gubernamentales, fabricantes y usuarios finales. La Figura 1.15 representa a algunos de los comités de normalización que influyen en el uso de las frecuencias radioeléctricas.

ANSI La primera organización de estandarización es el Instituto Nacional Americano de Normalización (ANSÍ, American National Standards Instilute), una agencia no gubernamental que establece las normativas para el uso voluntario en los mercados estadounidenses y canadienses. ANSÍ establece comisiones para definir los estándares para productos y servicios ofrecidos por operadores y fabricantes, basados en la percepción de las necesidades del usuario. Además, ANSÍ establece las reglas de cómo deben funcionar los propios comités.

TIA La Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones (TIA, Telecommunications Industry Association) es una organización compuesta por fabricantes y operadores. TIA proporciona materiales, productos y servicios de sistema de distribución a Estados Unidos y demás países del mundo. TIA representa a la industria de las telecomunicaciones junto con la Asociación de Industrias Electrónicas (EIA, Electronic Industries Association), la Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones Celulares (CTIA, Cellular Telecommunications Industrv Association) y la Asociación de la Industria de las Comunicaciones Personales (PCTA, Personal Communications Industry Association). Las comisiones de la TIA están divididas en las categorías que se muestran en la Tabla 1.2. El próximo comité es el subcomité TR46, que trata los temas relacionados con las comunicaciones móviles y personales en el espectro de frecuencias de 1800 MHz. Sus responsabilidades incluyen las funciones que se muestran en la Tabla 1.3.

Historia de las comunicaciones inalámbricas

19

Tabla 1.2. Temas del espectro celular de 800 MHz que abarcan los comités de TIA45 Comité TÍA

EIA-553 Sistema celular analógico IS-41 Funcionamiento entre sistemas celulares 1S-54/IS-136 Sistema celular digital que utiliza TDMA Microcelular/Servicios de comunicaciones personales IS-95 Tecnologías digitales de espectro ensanchado de banda ancha (CDMA)

TR45.1 TR45.2 TR45.3 TR45.4 TR45.5

Tabla 1.3. Comité

Función

Responsabilidades de los comités de TIA46 Función

TÍA

TR46.2 TR46.5 TR46.6

Interfaces de red empleadas PCS 1900 TDMA/CDMA combinado

ECSA Los subcomités de la Asociación de Estándares de Operadores de Intercambio (ECSA, Exchange Carriers Standards Association) incluyen las normativas T1P1 y TI SI. Juntas son responsables de la estandarización de los servicios para los sistemas de redes de conmutación. Las responsabilidades de estas comisiones se muestran en la Tabla 1.4.

USO DEL ESPECTRO En casi todo el mundo existe una elevada demanda de radiofrecuencias. Esto significa que deben ponerse controles en el uso del espectro de frecuencias disponible. Para coordinar el uso de RF en el mundo, se necesitan licencias para todos los servicios de radiocomunicación. Los controles maximizan la utilización de las bandas de frecuencias y minimizan la aparición de interferencias al limitar el acceso sólo a usuarios autorizados, a quienes se considera responsables de cualquier interferencia que puedan provocar.

Control regulador La Conferencia Mundial de Administración de las Radiocomunicaciones (WARC, World Administrative Radio Conference) es una organización mundial que se reúne cada cuatro años para

Tabla 1.4. lámbricas

Comités de ECSA que desempeñan algún papel en las comunicaciones ina-

Comité TÍA TI P l

TISl

Función Papel principal en PCS 1900, CDMA/TDMA combinado, CDMA de banda ancha (W-CDMA) y PACS Trabaja en los estándares ISDN y SS7

20

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

revisar los últimos avances tecnológicos en radiocomunicaciones, identificar la necesidad de nuevos servicios y coordinar el funcionamiento internacional y el uso de las radiofrecuencias. Los gobiernos locales controlan el uso de las radiofrecuencias en sus respectivos países. Estas agencias gubernamentales adjudican el espectro disponible a aplicaciones específicas tales como emisiones para radio y televisión, servicios de emergencia y radioaficionados. En cada país, los organismos reguladores son responsables de autorizar los servicios radioeléctricos para garantizar que cumplan con las normativas nacionales e internacionales. Algunos de los organismos reguladores son: ■ Estados Unidos Comisión Federen de Comunicaciones (FCC, Federal Commmunications Comission). ■ Canadá Comisión Canadiense de la Radio y Televisión (CRTC, Canadian Radio and Televisión Commission). ■ Europa Comisión Europea de Administraciones Postales y de Telecomunicaciones (CEPT, Conference of European Posts and Telecommunications). El espectro que se utiliza en el entorno radioeléctrico analógico se muestra en la Figura 1.16, donde se observan los segmentos de frecuencias adjudicados a los operadores establecidos en Estados Unidos. Observe que contiene la banda de frecuencias adjudicada inicialmcnte a 1MTS, a través de AMPS, y parte del espectro RF celular que ocupa TACS. A continuación se comentarán cada uno de estos sistemas.

Servicio celular Los primeros servicios de telefonía móvil utilizaban las bandas de frecuencias de 40 MHz, 150 MHz y 450 MHz. Pese a que eran servicios de comunicaciones móviles, los abonados sólo obtenían servicio en ciertas zonas limitadas. Los servicios celulares, presentados comercialmente en 1984, optimizaban el uso de las frecuencias en las comunicaciones móviles, las cuales permitían patrones de distribución de llamadas a través de zonas de cobertura mayores.

Sistema celular analógico (AMPS y TACS) El Servicio de Telefonía Móvil Avanzada (AMPS, Advanced Mobile Phone Services) es un estándar desarrollado conjuntamente por AT&T y Motorola. Este sistema abrió nuevos servicios en Estados Unidos en la banda de 800 MHz y aprovechó el espectro que quedó disponible tras la desaparición de la industria de la televisión UHF. Fin otras partes del mundo, los servicios celulares fueron introducidos en la banda de 900 MHz. Esta banda de frecuencias ya estaba utilizada en los Estados Unidos. Por lo tanto, los fabricantes estadounidenses debían encontrar una banda diferente; así, se escogió la de 800 MHz para Estados Unidos. En el Reino Unido, British Telecom desarrolló un servicio llamado Sistema de control de acceso total (TACS, Total Access Control Svslem), que se adoptó en muchos países de Europa y Asia. Se desarrollaron otros estándares y servicios por todo el mundo, pero éstos fueron los más comunes. AMPS y TACS introducían comunicaciones de alta calidad para voz, pero con capacidades de itinerancia (roaming) y funciones de datos muy limitadas. La seguridad prácticamente estaba descuidada. A medida que la tecnología celular analógica adquiría éxito, los abonados sufrían retardos, desconexiones, problemas de itinerancia y costosos planes de tarifas. Estos abonados comenzaron a presionar a operadores y fabricantes para que mejorasen el servicio. Sin

22

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

embargo, debido al rápido crecimiento y aceptación de las comunicaciones celulares, no había suficiente espectro disponible para satisfacer la demanda. Diversas normas analógicas implementadas por toda Europa hicieron posible la utilización del mismo teléfono aún cuando el abonado viajaba a través del continente. Sin embargo, en los Estados Unidos esto no sucedía debido a las inconsistencias entre las diversas implementaciones. Motorola desarrolló una solución temporal para el problema del espectro denominada AMPS de banda estrecha o NAMPS (Narrowband AMPS), hasta que tuvo lugar la migración y normalización a sistemas digitales.

Sistema celular digital Para mejorar los servicios de la red AMPS (el incremento de la capacidad, el tratamiento de la seguridad y los problemas de itinerancia), las redes celulares comenzaron la evolución hacia sistemas digitales. Los estándares nuevos permitían el mantenimiento de múltiples llamadas en el mismo número de frecuencias, se incrementó la seguridad (descendió el fraude y la clonación) y se preparó el terreno para las comunicaciones de datos en redes inalámbricas. Por otra parte, en el mercado europeo el estándar GSM, que opera en la banda de frecuencias de 900 MHz, evolucionó como sustituto de los antiguos sistemas analógicos. En Norteamérica, se introdujo la versión digital de AMPS, el sistema DAMPS (Digital AMPS), para que ambos funcionaran juntos en la banda de 800 MHz.

Servicios de comunicaciones personales (PCS) Las últimas ofertas de servicios incluyen la introducción de capacidades de comunicaciones personalizadas, que permiten la adaptación (personalización) de los servicios al usuario final. PCS opera en las bandas de 1.900 MHz y 1800 MHz que utilizan todos los servicios digitales. PCS incluye el uso de voz, datos y servicios de mensajería, combinado con un popurrí de características y funciones. PCS es un estándar mundial; en Norteamérica, la FCC introdujo la Red de comunicaciones personales (PCN, Personal Communication Network).

Sistemas de telefonía móvil universal El Sistema universal de telecomunicaciones móviles (UMTS, Universal Motile Telecommunications System) promete proporcionar más capacidad y servicios, ofreciendo un estándar mundial que opere en la banda de frecuencias de 3.200 MHz. Los sistemas UMTS están evolucionando y, de igual modo, muchos fabricantes y operadores los promueven. En la Figura 1.17 se muestra la evolución en el tiempo de la implementación de estas especificaciones.

RADIOCANALES Un componente crítico de cualquier sistema radioeléctrico es la capacidad para canalizar las frecuencias en segmentos más pequeños. La canalización especifica la cantidad de espectro que cada usuario puede ocupar durante la utilización selectiva de su frecuencia. En esta canalización está incluido el espectro asignado a cada terminal particular y a la estación base. Todas

Historia de las comunicaciones inalámbricas

1960

1980

1990

1995

23

2000

Figura 1.17. Evolución temporal de la ¡mplementación.

las redes inalámbricas trabajan con un flujo de comunicaciones bidireecional (modo de operación dúplex). Gracias a esta planificación es posible la comunicación bidireecional. Las comunicaciones tienen lugar de la siguiente forma: ■ La transmisión desde la estación base al terminal móvil corresponde al sentido de funcionamiento hacia adelante (de ida) o del canal descendente (Jbrward channel) de la comunicación y utiliza el enlace descendente. ■ La transmisión desde el terminal móvil a la estación base corresponde al sentido de funcionamiento hacia atrás (de retorno) o del canal ascendente (reverse channel) de la comunicación y utiliza el enlace ascendente. La separación de los canales del enlace ascendente y descendente se llama separación de frecuencias dúplex, la cual resulta ser la misma para cada uno de los canales. La Tabla 1.5 es un ejemplo del espaciado de frecuencias para la separación de frecuencias dúplex basada en los estándares ya comentados. En la Tabla 1.6 se muestra el espacio de frecuencias permitido por canal (cantidad de ancho de banda permitido por canal). Tabla 1.5. Separación dúplex por sistema Sistema Celular analógico (AMPS/DAMPS/CDMA 800 MHz) GSM (900 MHz) DCS 1800 PCS 1900

Separación 45 MHz 45 MHz 95 MHz 80 MHz

Tabla 1.6. Capacidad de canal para las llamadas Sistema Celular analógico (AMPS/DAMPS 800 MHz) CDMA (CDMA 800/ CDMA 1900 MHz) GSM (GSM 900/ DCS 1800 /PCS 1900 MHZ)

Capacidad del canal 30 KHz 1,25 MHz 200 KHz

24

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

La Figura 1. 18 es un ejemplo de la asignación de frecuencias para AMPS, en el espectro de 800 Mllz, que muestra los diversos canales y la separación para las capacidades del enlace ascendente y descendente. Esta es una representación gráfica del funcionamiento general de las redes que utilizan sistemas celulares analógicos. La Figura 1.19 es un ejemplo del espectro que se utiliza para GSM. y la Figura 1.20 muestra la asignación de frecuencias para la banda de 1.900 MHz del sistema digital PCS.

TÉCNICAS DE ACCESO MÚLTIPLE No importa cuánto ancho de banda se asigne por estándar, ¡nunca es suficiente! Por lo tanto, cada una de las normas digitales define una manera de canalizar las bandas de frecuencias, pero también de multiplexar simultáneamente muchos usuarios en el espectro. Todos los estándares digitales definen un método de acceso múltiple (el cual varía) para compartir las frecuencias. Esta idea evolucionó principalmente de tres formas. Los conceptos que se muestran en la Tabla 1.7 evolucionaron para manejar la multiplexación de los diferentes tipos de sistemas. El examen de los distintos modos de multiplexar y de proporcionar un funcionamiento totalmente dúplex (full-duplex) requiere que los sistemas operen dentro de las mismas directivas, basadas en la selección mencionada. Se comentarán las diversas técnicas de multiplcxaeión para obtener un conocimiento básico sobre su modo de utilización en el entorno radioeléctrico.

Historia de las comunicaciones inalámbricas

Enlace ascendente

Figura 1.20.

Enlace descendente

Asignación de frecuencias para PCS 1900.

Acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA) El aceeso FDMA (Frequency División Múltiple Access) es una técnica analógica empleada por los primeros proveedores celulares para aislar cada canal y cada conversación establecidos en una única frecuencia. Mientras que un usuario celular se prepara para efectuar o recibir una llamada, se explora y se selecciona un par de frecuencias para todo el tiempo que dure la llamada. El espectro se subdivide en canales individuales de 30 KHz. El canal no es fijo para un usuario concreto; el acceso múltiple significa que los usuarios compiten por el canal, basándose en que el primero que llega es el primero que se sirve. Una vez que el canal se libera (después de finalizar la llamada), éste queda disponible para el siguiente usuario que desee efectuar o recibir una llamada. Cada canal se asigna a una pareja de frecuencias. En la Figura 1.21 se muestran las parejas de frecuencias permitidas. Al usuario que llama se le concede el canal completo durante toda la llamada.

Acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) El método TDMA (Time División Múltiple Access) es diferente en cuanto que las transmisiones se organizan (formatcan) en tramas (Jrames) de cierta duración. Las tramas se dividen en determinados intervalos de tiempo (time slots). Cada llamada se asigna a un intervalo determinado y sólo se le permite ocupar el canal en ese único momento. Como hay varios intervalos de tiempo disponibles por cada frecuencia, se crean intervalos de forma que algunos usuarios puedan ocupar simultáneamente la misma frecuencia pero diferente intervalo de tiempo. El número de llamadas que se pueden mantener a la vez en la misma frecuencia, se multiplica según muestra la Figura 1.22. Los sistemas DAMPS y GSM emplean el acceso TDMA, pero han adoptado formatos diferentes para los intervalos de tiempo. Cada uno de ellos se sustenta en una pareja de frecuencias asignadas para el soporte del modo dúplex por división de tiempo (modalidad de funcionamiento totalmente dúplex). Tabla 1.7.

Tipos de multiplexación Concepto

Técnicas utilizadas

Multiplexación por división de frecuencia (FDM)

Acceso mú l t ip l e por división de frecuencia (FDMA) Acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) Acceso múltiple por división de código (CD.MA)

Mulliplexación por división cié tiempo (TUM) Multiplexación por división de código (CDM)

26

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

El estándar IS-54 del DAMPS utiliza el acceso múltiple TDMA para multiplexar sólo conversaciones en los canales de voz y emplea un canal distinto de control o señalización, al igual que en AMPS. La última y mejor versión del AMPS digital es la norma IS-136, que incorpora intervalos de tiempo en los canales de control y de voz. GSM también utiliza TDMA para multiplexar los intervalos de tiempo para voz y control en los mismos canales. En sistemas pequeños, se utiliza un único intervalo para establecer una llamada. Sin embargo, con este mismo propósito, para sistemas mayores se pueden usar un total de ocho intervalos de tiempo. En la Figura 1.23 se muestran estas diferencias entre los sistemas DAMPS y GSM.

Figura 1.22.

Modo de funcionamiento del acceso TDMA.

Historia de las comunicaciones inalámbricas

27

Acceso múltiple por división de código (CDMA) La técnica de multiacceso CDMA (Code División Múltiple Access) utiliza la modulación de espectro ensanchado (Spread Spectrum) por secuencia directa (Direct Sequence), tecnología desarrollada por Qualcomm e ínter Digital Corporation para modular la información de voz. La voz se codifica a 8 Kbps o 13 Kbps (según la técnica empleada) y se ensancha a través de una capacidad de canal muy grande. Este ensanchamiento de señal hará que la señal transmitida se incremente aproximadamente en 1,28 Mbps a su salida. La Figura 1.24 representa el uso de CDMA. El transmisor modula la señal radioeléctrica valiéndose de ruido con características conocidas. El ruido pseudoaleatorio empleado es el resultado de aplicar un código Walsh (hay 64 códigos predefinidos) para modular la voz. Este código de 64 bits garantiza la seguridad, previene la duplicidad de señales y asegura que sólo el destinatario deseado pueda demodular la información de un canal. Cada canal CDMA emplea 1,25 MHz de RF en ambas direcciones, la del enlace ascendente y descendente. A pesar del gran ancho de banda, CDMA puede transportar 10 veces más llamadas que las antiguas redes AMPS. El ancho de banda no es lo importante sino que la señal ensanchada se modula con tal rapidez que apenas aparecen interferencias (pocas o ninguna)

28

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

causadas por los usuarios adyacentes, dentro de la misma banda de frecuencias. En teoría, un número ilimitado de usuarios puede ocupar a la vez el mismo canal debido al ensanchamiento y a la codificación Walsh. Sin embargo, a medida que acceden al sistema más usuarios, el nivel de ruido aumenta y la calidad de las llamadas decrece en proporción. Cuanto más ruido hay en el sistema, menos usuarios se permiten. Los emplazamientos comenzarán a traspasar las llamadas a células adyacentes o las desecharán.

TÉCNICAS DE MODULACIÓN MÁS HABITUALES Se utilizan muchas variantes de la modulación para preparar la información que se transmitirá sobre las ondas electromagnéticas. Los métodos de modulación más comunes son los siguientes: ■ ■ ■ ■

Modulación de amplitud AM o ASK. Modulación de frecuencia FM o FSK. Modulación de fase PM o PSK. Modulación de amplitud y cuadratura QAM o QPSK.

Las técnicas más comunes, las que hoy en día utilizan los proveedores, incluyen las técnicas FM y QAM. Como ya se vio en el funcionamiento general del espectro RF, se emplean diversas bandas de frecuencias para la transmisión de señales radioeléctricas. Al observar el mapa del espectro RF mostrado en la Figura 1.25, se detectan las diferencias entre los modos en que se asignan las radiofrecuencias y se utiliza la longitud de onda. Las señales radioeléctricas se dispersan sobre el espacio en el que se radian. La potencia de la señal se degradará con la distancia a una tasa predecible. Cuanto más alejado está el transmi-

Historia de las comunicaciones inalámbricas

29

sor del receptor, mayor es el riesgo de degradación de la señal. Todo esto depende de otras condiciones, como el terreno y las estructuras hechas por el hombre que se encuentran en el camino, como ya se vio en este capítulo. Por lo tanto, el uso de los diferentes segmentos del espectro, depende de la disponibilidad de las frecuencias en una zona determinada y del equipo que modula la señal. La modulación es la técnica empleada en las radiocomunicaciones para transformar el mensaje que se envía a un formato y forma apropiados. El formato debe satisfacer las características naturales del medio (en este caso las ondas radioeléctricas). La señal de información que contiene el mensaje se modifica (se transforma) para poder transportarlo. Este agente de cambio es el modulador, que modificará la forma o el formato de la onda electromagnética para transportar apropiadamente la señal por el equipo de transmisión. La modulación es un hecho reversible; el receptor demodula la onda portadora para extraer la información de la onda electromagnética. De este modo, se usa un modulador y un demodulador para manejar la transferencia de información.

Envolvente de la señal modulada Cuando se utiliza un sistema radioeléctrico para el transporte de información (voz, datos, vídeo, etc.) se requiere una portadora base. Esta señal es una portadora no modulada, un tono constante que se envía entre los sistemas radioeléctricos punto a punto. En el sistema se introduce la información, que va a ser modulada (cambia la frecuencia de la portadora base) con la frecuencia de portadora, creándose una envolvente modulada con la voz (o con cualquier información que se desee transmitir) en la onda radiocléctrica. Esta envolvente se transmite a la estación receptora, donde se extrae la frecuencia de la portadora y queda la información, como se muestra en la Figura 1.26. Esto suena complicado, pero es una capacidad de transmisión probada y demostrada. Lo importante es que la información puede ser modulada y demodulada a partir de una señal de base. Ello permite el transporte de los canales de voz. Los canales se multiplexan sobre la señal radioeléctrica desde un multiplexor tal como un banco de canales D4, un ADPCM o un mux.

Figura 1.26.

Envolvente de la señal modulada.

30

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Modulación de amplitud La modulación de una señal sobre una radiofrecuencia puede proporcionarse de muchas maneras. Los sistemas analógicos que iniciaimente se empleaban, utilizaban la modulación de amplitud (AM, Amplilude Modulation). En AM, la información se modula sobre la señal mediante el cambio de amplitud de la portadora. La frecuencia se mantiene constante. Los cambios de amplitud de este tipo de modulación se muestran en la Figura 1.27. Recuerde que, las dos componentes de la transmisión electromagnética analógica que varían constantemente son la amplitud y la frecuencia, cuyos cambios se producen en el dominio del tiempo. Si la frecuencia se mantiene constante, entonces se pueden proporcionar cambios (modulación) a la amplitud de la portadora base. El receptor buscará los cambios de amplitud. Este método recibe el nombre de modulación por desplazamiento de amplitud ASK (ASK, Amplitude Shift Keving). El problema de un sistema AM es la propensión a degradarse por los cambios de amplitud. El ruido de la onda radioeléctrica viene en forma de amplitudes o incrementos en los niveles de ruido. El resultado es que los sistemas AM son más propensos al error y al ruido. Piense en la radio AM de su coche. Nota que la calidad no es tan buena como la de las estaciones FM. A medida que conduce alejándose de la estación de radiocomunicación, la calidad cae de manera significativa. La interferencia eléctrica aumenta en la recepción de la señal, lo que genera parásitos y ruido en la onda radioeléctrica (en las canciones). Por lo tanto, ¿qué hace? [Sube el volumen! Es decir, puede amplificar la señal recibida. Desgraciadamente, funciona justo al contrario de lo esperado; cuanto más amplifica la señal, más amplifica el ruido. Esto hace que la señal recibida sea inaguantable, así que, finalmente hace lo que debería haber hecho en un principio: cambiar el canal y buscar una recepción mejor.

Modulación de frecuencia La segunda opción es modular la frecuencia y mantener la amplitud constante. La frecuencia de la onda portadora se modifica para transportar el mensaje. Puesto que no cuenta con la envolvente de la portadora para transmitir información, esta modulación es relativamente inmune al ruido que perjudica a la señal AM. La modulación de frecuencia (FM, Frequency Modulation) se usa en sistemas radioeléctricos para comunicaciones móviles analógicas, en radiodifusión comercial y en la mayoría de los demás sistemas de comunicación bidireccional.

Figura 1.27.

Modulación en amplitud.

Historia de las comunicaciones inalámbricas

31

Mientras la amplitud de la información cambia, la frecuencia de la portadora varía en la misma proporción. Las polaridades positivas de la señal de información provocan el aumento de la frecuencia, mientras que las polaridades negativas provocan la disminución de la misma. El margen del cambio de frecuencia se denomina desviación de la portadora. No puede permitirse que esta desviación lleve a la frecuencia portadora fuera del ancho de banda del canal porque si no interferiría con los canales adyacentes. En la Figura 1.28 se muestra la modulación de frecuencia.

Modulación digital La principal ventaja de las técnicas de modulación digital es la robustez o mejora de la resistencia al ruido. En los sistemas analógicos, cada componente de la red añade alguna degradación a la señal. Los sistemas digitales ofrecen servicios de voz y datos sin ruido y libres de errores mediante la detección de distorsiones o de pérdidas, que corrige antes de que se entreguen al terminal del usuario final. La modulación digital se usa para estampar la información que contiene una señal digital en una onda portadora analógica. Existe una relación temporal entre los pulsos cuadrados de la información digital y las ondas portadoras moduladas digitalmente. En la Figura 1.29 se muestran algunos ejemplos de técnicas de modulación digital que se emplean en los sistemas de radiocomunicaciones, y son las siguientes: ■ Modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK, Frequency Shift Keying) Donde la frecuencia de la onda de soporte o portadora se cambia de un valor a otro para indicar los estados de los datos. Este método se utiliza en el canal de control AMPS para convertir datos binarios en tonos analógicos compatibles con la portadora analógica. ■ Modulación por desplazamiento de fase (PSK, Phase Shift Keying) Donde la fase de la portadora se conmuta entre varios estados. Un modulador de dos estados sólo transmite valores de acuerdo a un único bit. Los sistemas modernos utilizan moduladores multiestado para transmitir valores con muchos bits (chips) en cada cambio de fase.

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

SISTEMAS DE COMUNICACIONES ÓPTICAS Hay otro sistema de transmisión inalámbrico que es fiable y económico, pero menos popular que los sistemas de radiocomunicación. El espectro infrarrojo a menudo se ha utilizado como medio de transmisión para las comunicaciones locales de corto alcance. Aunque las ventajas de la comunicación por radio son muchas, de igual modo deben considerarse los inconvenientes: la pérdida de calidad, la limitación del espectro de frecuencias y los problemas de atenuación por lluvias. Las principales ventajas de los sistemas por infrarrojos son la facilidad de su transporte, la puesta en marcha y funcionamiento, en general, en menos de una hora, y que no requieren costosas licencias o permisos de derechos de paso. Frente a todas ellas, los principales inconvenientes son la limitación de la distancia y del ancho de banda. Además, las transmisiones por infrarrojos están sujetas incluso a más desvanecimiento y absorción que las ondas microondas. Un dispositivo que emite en el espectro infrarrojo (invisible) funciona en la banda de frecuencias de l 0 1 2 a 1 0 1 5 y en una longitud de onda de 10 4 a 1010 para producir comunicaciones de alta velocidad, Ln este contexto, se entiende que los haces infrarrojos se transportan en ondas al aire libre. Si se empleara un medio diferente, como un cristal muy puro (fibra), el espectro de luz estaría en la banda de los haces infrarrojos. La fibra óptica consigue transmisiones fiables y de alta velocidad porque el cristal vence los perjuicios del aire. La mayoría de los consumidores están familiarizados con la transmisión inalámbrica por infrarrojos, aunque no puedan darse cuenta. Los mandos a distancia para televisión, radios, luces y otras aplicaciones utilizan señalización por infrarrojos. Obviamente, estos mandos de baja potencia son aplicaciones muy limitadas, pero tienen todas l as propiedades de la transmisión por infrarrojos. Sólo se pueden u t i l i z a r en distancias cortas y dirigidas (punto a punto!, como transmisores de luz invisible. Además, estos sistemas son dispositivos de comunicación en un único sentido; se necesitan transmisores separados para tener comunicaciones en los dos sentidos. La mayoría de los proveedores recomiendan realizar las transmisiones a distancias menores de 1 milla (1.6093 km) para mantener la fiabilidad y la integridad de ias mismas

Historia de las comunicaciones inalámbricas

33

Los sistemas por infrarrojos también tienen un lugar en el terreno de las comunicaciones de voz y datos. En general, las señales pueden emplearse eficazmente para transportar, a través del espectro, una variedad de datos de entrada, que pueden entregarse a 4 Mbps, 10 Mbps, 16 Mbps, 25 Mbps, 100 Mbps y 155 Mbps. Los sistemas inalámbricos por infrarrojos más recientes utilizan capacidades de 100 a 155 Mbps para las demandas de enlace punto a punto, y ahora el mercado presenta capacidades de 622 Mbps. Las comunicaciones de banda ancha ofrecen transmisiones en condiciones de espacio libre ( s i n cables) a velocidades ópticas similares a las de un OC-48 ( 2,4 Gbps). No obstante, el futuro promete ofrecer velocidades de hasta 10 Gbps en tres años. En general, es de esperar que se introduzcan más sistemas ópticos en las redes del operador y del usuario final.

Capítulo 2 SISTEMAS Y TECNOLOGÍAS RADIO

METODOLOGÍAS INALÁMBRICAS En la introducción del Capítulo 1 se abordaron los conceptos básicos de la historia de las comunicaciones inalámbricas. La historia proporcionaba una visión de la evolución de las técnicas inalámbrica. Este capítulo trata algunos de los fundamentos físicos ligados a las técnicas de transmisión inalámbricas y describe cómo se implementa la tecnología radio en diversas aplicaciones. Esta descripción incluye una visión más detallada de algunas de las tecnologías de red mencionadas en el Capítulo 1. Contemplaremos algunas diferencias en cuanto al modo de funcionamiento de los sistemas por tierra y por aire. También veremos las diferencias en cuanto a la cobertura según se trabaje con longitudes de onda larga, onda corta o microondas. Por último se abordará el área de los sistemas de comunicaciones por satélite haciendo frente al variado uso de las distintas órbitas que ocupan. Éstas se mencionan como órbitas xEO, donde x define la altura de la órbita (LEO corresponde a la órbita baja, MEO a la órbita media y GEO es una órbita geosíncrona).

CARACTERÍSTICAS DE LA RADIOFRECUENCIA En cualquier banda de frecuencias, las características de las ondas radioeléctricas determinan la utilidad de esas frecuencias para un servicio determinado. La principal característica de interés es el modo en que la absorción y la reflexión, a través del aire u otro medio físico, modifican o distorsionan a las señales antes de que éstas lleguen al receptor. Puesto que una señal radioeléctrica es una forma particular de energía, resultará útil considerar las distintas formas de energía y los métodos para transformarlas y transmitirlas.

Aspectos generales Para lograr entender algunas de las propiedades de la propagación radioeléctrica, es importante definir los principios que subyacen o los fundamentos físicos de las ondas electromagnéticas (¡oh, no! ¡Esto suena muy técnico!). La energía debe moverse para que se genere la transmisión. Ésta se define como el resultado de multiplicar la potencia por el tiempo. Puede adoptar una serie de formas distintas tales como:      

Energía sonora. Energía eléctrica. Energía cinética. Energía potencial. Energía calorífica. Energía química.

37

38

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Un principio fundamental de la física es el de la conservación de la energía: «La energía ni se crea ni se destruye; tan sólo se transforma.» Cuando se habla acerca de generar una forma particular de energía, por ejemplo electricidad, lo que realmente se está haciendo es transformar una forma de energía (calor) a otra (electricidad) en una estación generadora. El proceso que realiza la conversión no siempre es el más eficiente. Cuando se transforman sustancias químicas en otras formas de energía, una cierta cantidad queda alterada por un efecto lateral (lo que significa que no se consigue el 100 por 100 de la transferencia). Parte de la energía no se pierde pero se transforma en otra forma diferente. Cuando se genera electricidad en la central de energía, se está transformando la energía química del combustible fósil en electricidad. Sin embargo, el calor sustituye a cierta cantidad de energía. Una forma especial de energía cinética es el calor. La temperatura de un objeto se debe a las pequeñas vibraciones de sus moléculas. Mientras que se enfría, el objeto transmite su energía calorífica a su alrededor, al aire y a otros objetos, mediante la radiación en el infrarrojo y la conducción. Al final, el objeto y su entorno tendrán la misma temperatura y no se transferirá energía. Este proceso se conoce como entropía, que es la tendencia de toda energía a tener el mismo potencial. El sonido puede verse como una forma de energía cinética, pero en forma de ondas de presión o de vibraciones en un fluido o en un sólido. El sonido precisa un medio de transmisión, no puede atravesar el vacío. Este medio se encuentra en las ondas del aire mediante la modulación RF, en los cables mediante la electricidad o a través de otra combinación de formas de energía. La energía eléctrica se transfiere por uno de los siguientes métodos: ■ Conducción. Cuando una corriente eléctrica circula a través de un cable, la energía se transfiere por conducción. ■ Radiación. La energía eléctrica también se radia por un transmisor radiocomunicación. Una corriente eléctrica circula por un conductor, por ejemplo un cable de cobre, si existe una diferencia de potencial entre los dos extremos. Esta diferencia de potencial puede considerarse como un exceso de electrones en un extremo y una escasez de electrones en el otro. Cuando la corriente fluye, se genera un campo electromagnético. Si el cable tiene resistencia, parte de la energía se transformará en calor, que calentará al cable y producirá ruido térmico. Ohm fue el primero que describió la relación entre la diferencia de potencial (tensión), la resistencia eléctrica del conductor y la corriente que circula por él: E=IxR donde: E = Diferencia de potencial en voltios. I = Corriente en amperios. R = Resistencia en ohmios. Cuanto mayor sea la resistencia del cable (la cual es proporcional a la longitud del mismo), menor será el flujo de la corriente para un determinado nivel de tensión. Esta relación recuerda la vieja analogía de la manguera del jardín que se utiliza para describir al ancho de banda. Esta ley constituye la base de muchas de las teorías eléctricas y es válida para la corriente continua (una corriente eléctrica que no varía en el tiempo). Una corriente eléctrica que varía en el tiempo se conoce como corriente alterna, que es el método normal de distribución de

Sistemas y tecnologías radio

39

la electricidad para el uso doméstico y comercial. Cuando se refiere a la corriente alterna, la R (representa a la resistencia) es sustituida por una Z (representa a la impedancia): E=lxZ donde: E = Diferencia de potencial en voltios. l = Corriente en amperios. Z = Impedancia en ohmios. La impedancia consta de dos componentes: ■ R: La resistencia del cable. ■ X: La parte activa de la impedancia o parte que depende de la frecuencia, desplazada en fase 90° con la R, que se utilizan en la siguiente ecuación para describir la relación entre ambas: Z=R + iX La i simplemente representa el desplazamiento en fase de 90°. Esta expresión muestra cómo la impedancia cambia con la frecuencia de la señal. Una corriente alterna de alta frecuencia generará una señal de frecuencia radioeléctrica al pasar por un cable conductor, lo que da lugar a la forma más simple de transmisión radioeléctrica. Las diferentes formas de radiación electromagnética se definen por sus frecuencias. Entre ellas están las ondas radioeléctricas, la radiación por infrarrojos (calor), la luz visible, la luz ultravioleta, los rayos X y los rayos gamma. Todas estas frecuencias de radiación electromagnética constituyen el espectro electromagnético. En el Capítulo 1, se vieron las bandas de frecuencias de los sistemas radioeléctricos y ópticos. Sin embargo, éstas se distribuyen de manera diferente en la Figura 2.1, en donde las frecuencias de las bandas de microondas aparecen junto a las funciones que van a desempeñar.

40

Comunicaciones inaláinhricus de hunda ancha

Considere la energía que se radia como una onda electromagnética. La radiación electromagnética puede viajar a través del espacio libre y a través de varios sólidos y fluidos, según la frecuencia y la clase de sólido o fluido. Por ejemplo: ■ La luz puede viajar a través del aire, del agua y del vidrio, pero no a través de otro material sólido. ■ Las ondas de frecuencia radioelectrica pueden viajar a través de algunos sólidos pero no a través del metal. ■ Los rayos X y los rayos gamma no viajan a través del metal. La Figura 2.2 representa de forma nítida las bandas de frecuencias, desde las frecuencias bajas hasta las altas. Las ondas de alta frecuencia tienen más capacidad para atravesar los sólidos que aquellas de baja frecuencia. Aunque las ondas de radiofrecuencia podrían atravesar el material de un edificio, la construcción de los edificios modernos puede impedir que las transmisiones radioeléctricas alcancen el interior de un bloque de oficinas. La mayoría de los edificios modernos se construyen para vigas de acero con su estructura principal. Fl revestimiento externo (quizá granito o mármol) está sujeto al armazón que encierra el espacio y proporciona una apariencia de estética agradable. Las subdivisiones internas para delimitar las oficinas se construyen con armazones de acero o de madera que soportan los tabiques de las paredes. Las ondas radioeléctricas son capaces de atravesar al revestimiento del edificio, pero el armazón de acero actúa como una Jaula de Faraday que apantalla eficazmente el interior del edificio de las ondas radiocléctricas de ciertas longitudes. Este efecto recibió el nombre de Michacl Faraday. que fue el primero en demostrarlo y explicarlo. Si el armazón o jaula se construye de manera que los espacios entre las vigas de acero sean iguales o menores que la longitud de onda de la señal radioelectrica, ésta se atenuará drásticamente. Las radiofrecuencias que se utilicen en los edificios deben ser cuidadosamente seleccionadas con el fin de asegurar que se establece el mejor compromiso entre el efecto de la Jaula de Faraday y la capacidad de penetración de las ondas

Sistemas y tecnologías radio

41

en el material. El efecto de la Jaula de Faraday se empica en dispositivos electrónicos para que apantallen las señales de radiofrecuencias no deseadas sin necesidad de utilizar recintos de metal. La Figura 2.3 ilustra el efecto de la Jaula de Faraday en un edificio moderno. En contra de la creencia popular, el espacio exterior no está vacío. Se encuentra lleno de radiación electromagnética que entrecruza el Universo. Esta radiación abarca el espectro de energía comprendido entre las ondas radio y los rayos gamma. Se denomina espectro electromagnético porque esta radiación está asociada a los campos eléctricos y magnéticos que transfieren energía cuando viajan por el espacio. La parte más familiar del espectro electromagnético es la luz visible (rojo, naranja, amarillo, verde, azul, añil y violeta), puesto que podemos verla. Al igual que se expanden las ondas en un estanque tras arrojar un guijarro, la radiación electromagnética viaja a través del espacio en forma de ondas. Estas ondas viajan a la velocidad de la luz: por debajo de 300.000 kilómetros por segundo. Sus longitudes de onda, la distancia desde una cresta de la onda a la siguiente, varían desde miles de "kilómetros (en el caso de las ondas radioeléctricas más largas) hasta longitudes menores que el diámetro de un átomo (en el caso de los rayos X y rayos gamma de menor longitud). La radiación electromagnética posee propiedades de las ondas y de las partículas. Las que nosotros detectamos dependen del método que se utilice. ■ Los colores que aparecen en una pompa de jabón o en la dispersión de la luz de un diamante se describen mejor como ondas. ■ La luz que incide sobre una célula solar para producir una corriente eléctrica se describe mejor como una partícula.

Figura 2.3.

El efecto de la Jaula de Faraday en un edificio moderno.

42

Comunicaciones inalámbricas Je banda ancha

Cuando la radiación queda descrita como una partícula, los paquetes individuales de energía electromagnética se denominan fotones. La cantidad de energía que contiene un fotón de luz depende de su longitud de onda. La radiación electromagnética con longitudes de onda largas contiene poca energía. La radiación electromagnética con longitudes de onda cortas contiene una gran cantidad de energía. Las ondas radioeléctricas tienen las longitudes de onda más largas, que oscilan entre unos pocos centímetros y miles de kilómetros, desde una cresta de la onda a otra. Las microondas fluctúan entre unos pocos centímetros y 0,1 cm. Las de la radiación infrarroja descienden a longitudes entre 700 nanometros y 0,1 cm (Nano significa una billonésima.) En el vacío, toda la radiación electromagnética viajará a la misma velocidad: es decir, a 186.321 millas/s 1 . Esta velocidad comúnmente se denomina velocidad de la luz. La velocidad en fluidos y en sólidos variará de acuerdo con el tipo de material y con la frecuencia de la radiación. Esta variación puede demostrarse de forma sencilla cuando la luz blanca atraviesa un prisma. La luz blanca está compuesta de un número de frecuencias diferentes que se corresponden con los distintos colores del espectro visible. Las longitudes de onda más cortas (las de frecuencias más altas) atraviesan el cristal del prisma con mayor lentitud y experimentan mayor refracción. Así pues, el cristal del prisma curvará más la luz violeta que la luz roja; este efecto tendrá como resultado la luz blanca que se expande en el espectro de todos los colores, como se muestra en la Figura 2.4. Algunas de las ondas radioeléctricas poseen propiedades similares a las de la luz y, por tanto, pueden emplearse técnicas similares para controlarlas. Normalmente, se considera que la radiación electromagnética consiste en una onda tipo seno, caracterizada por la longitud de onda, la frecuencia y la amplitud. La parte visible del espectro electromagnético alcanza desde 400 nanometros hasta 700 nanometros y consta del arco iris de colores (violeta, añil, azul, verde, amarillo, naranja y rojo) que se observa cuando medios de distinto índice de refracción, como el agua o un prisma de cristal, refractan la luz. A modo comparativo, el grosor de una lámina de envoltorio de plástico doméstico podría contener unas 50 ondas de luz visible colocadas de extremo a extremo. Por debajo de la luz visible se encuentra la luz ultravioleta, con una banda ligeramente más ancha, que se halla entre 10 nanometros y 300 nanometros. A continuación, le siguen los rayos X, que disminuyen en cien billonésimas. Los rayos gamma descienden en una trillonésima. La relación entre frecuencia y longitud de onda viene dada por la siguiente ecuación: λ = (300 x io6)/f donde: f = Frecuencia en Hz. λ = Longitud de onda en metros (300 x 106 es la velocidad de la luz).

Figura 2.4.

1

1 milla/h - 0,447 m/s. (N. del T.)

El efecto de luz del prisma.

Sistemas y tecnologías radio

43

La radiación electromagnética puede generarse de diversas maneras de acuerdo a la frecuencia de la radiación que se requiera. El simple aumento de la temperatura de un objeto produce luz y calor, mientras que otros métodos más sofisticados producirán las ondas radioeléctricas y los rayos X. Los objetos a temperaturas muy elevadas radiarán energía sobre un amplio margen del espectro electromagnético. Por ejemplo, el sol radia frecuencias radioeléctricas, calor, luz visible, luz ultravioleta, rayos X y rayos gamma. No obstante, este método no es práctico para generar y controlar una radiación diferente a la luz y al calor. La energía eléctrica se transmite en forma de impulsos eléctricos u ondas, sin tenerse en cuenta si la energía se transporta a través de cables, del aire o del agua. La frecuencia se expresa en hercios (Hz), que representan los impulsos o ciclos por segundo. El medio modifica la energía eléctrica o señal que lo atraviesa. Esta puede ser atenuada (absorbida) o reflejada, lo que da como resultado una señal distorsionada. Las ondas se modifican en tamaño o en amplitud (se atenúan), en dirección (se reflejan) o en forma (se distorsionan), según la frecuencia de la señal y las características del medio que atraviesen. La elección de un medio adecuado permite modificar y controlar la señal. Una señal eléctrica será atenuada cuando atraviese un cable. Las señales de luz de alta frecuencia viajan a través del aire, son reflejadas por superficies espejos y son absorbidas por la mayoría de los objetos sólidos. Por ejemplo, las señales de luz atraviesan la atmósfera, pero las paredes sólidas las obstaculizan, salvo que sean paredes de cristal o de material transparente. Las señales de baja frecuencia no se propagan bien a través del aire, pero sí a través de algunos objetos sólidos según la conductividad. Las frecuencias por debajo de 900 MHz generalmente pueden propagarse bien a través de paredes y otras barreras. A medida que las radiofrecuencias aumentan y se aproximan a la frecuencia de la luz, adquieren más características de la propagación de la luz. Las señales entre 900 MHz y 18 GHz, que normalmente se utilizan en redes LAN inalámbricas, no están tan limitadas como la luz pero, aun así, no traspasan barreras físicas con tanta facilidad como las típicas señales de la banda de difusión radioeléctrica. Las señales de 300 MHz o superiores se pueden reflejar, enfocar y controlar como un haz de luz. Las antenas parabólicas de transmisión utilizan las propiedades de las señales UHF y de las señales de frecuencias mayores para permitir que una señal de potencia relativamente baja sea directamente enfocada hacia su destino. Incluso más cerca de las señales de luz, las señales infrarrojas tienen propiedades similares a las de la luz. La elección de la frecuencia más apropiada determina las características de propagación o de transmisión más propicias. El hecho de que algunas superficies sólo reflejen señales de cierta frecuencia se puede utilizar como una ventaja. Por ejemplo, la capacidad de las microondas de alta frecuencia de introducirse en la atmósfera de la Tierra sin ser reflejadas es útil para los satélites de comunicaciones. La ionosfera (capa superior de la atmósfera) refleja de vuelta las señales de frecuencias más bajas (entre 200 KHz y 30 MHz), dependiendo de la hora del día, de la estación del año y de la actividad de los puntos solares. Esta característica permite que las señales radioeléctricas rebotadas de la ionosfera se utilicen para las comunicaciones a distancias más allá del horizonte, tal como los sistemas de propagación troposférica (radioenlaces transhorizontales). Cuando se utilizan ondas portadoras de alta frecuencia, el ancho de banda disponible para la transmisión de información normalmente es mayor. El incremento del ancho de banda de un canal de comunicación implica el aumento de la cantidad de datos que pueden transmitirse en un período de tiempo dado, debido a que la información es directamente proporcional al ancho de banda de la señal. Las frecuencias de mayor interés para la transmisión inalámbrica están en torno a 200 KHz, donde se sitúan las transmisiones radioeléctricas de onda larga, y alcanzan hasta la luz infrarroja en torno al terahercio. La utilización de altas frecuencias presenta algunos inconvenientes. La tecnología para la construcción de transmisores y de receptores radio de alta frecuencia es más compleja. A frecuencias altas, la longitud de onda de la señal radioeléc-

44

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

trica se acerca a la longitud física de las conexiones de la propia antena. Puesto que un cable con A/4 o un múltiplo de esta longitud es una buena antena, las conexiones en sí mismas deben mantenerse cortas y llegar a ser parte del diseño del circuito debido a los problemas de la filtración de señal. Las pérdidas del trayecto entre el transmisor y el receptor también son una función de la longitud de onda: Pérdida del trayecto en dB = 20 log lO (λ/4πR) donde: R = Alcance en metros. L = Longitud de onda en metros. Otra propiedad de la radiación electromagnética es su capacidad de polarización. Las ondas radiocléctricas pueden polarizarse, y la selección de la polarización de una señal trasmitida puede alcanzarse mediante la disposición horizontal o vertical de los elementos de transmisión. Esta propiedad se emplea para rechazar señales no deseadas o espurias, que llegan a la antena receptora con una polarización diferente a la de la señal deseada.

COMUNICACIONES POR MICROONDAS Nadie presta mucha atención a los platos de las antenas de microondas montados en las torres, en los laterales de los edificios o en cualquier otro lugar. Esta tecnología se ha dado por sentada durante años. Sin embargo, esta anodina industria se ha convertido de forma silenciosa en un negocio mundial de 34.000 millones de dólares anuales. A nivel mundial, cuatro importantes suministradores proporcionan la mitad de todos los sistemas por radio. También las microondas han llegado a ser durante estos años un enlace vital en las estructuras de las redes. Ahora en la revolución inalámbrica han obtenido un nuevo elogio por retransmitir miles de conversaciones telefónicas desde un sitio a otro, evitando las líneas terrestres locales. Las microondas tienen una longitud entre 1 mm y 30 cm, y funcionan en un margen de frecuencias que va desde 300 MHz hasta 300 GHz. Las microondas se utilizaron por primera vez en los años treinta, cuando científicos británicos descubrieron la aplicación en una nueva tecnología llamada radar. En los años cincuenta, las transmisiones telefónicas de larga distancia solían utilizar las microondas. Ante la necesidad de comunicación sobre miles de millas, el coste de tender cables por todo el país era prohibitivo. Además, el equipo resultaba caro y pesado. El equipo radiocomunicación utilizaba tubos de vacío, que eran voluminosos además de muy sensibles al calor. Todo aquello cambió de forma espectacular cuando se introdujeron los circuitos integrados y los transistores. Ahora, el equipo no sólo era ligero en cuanto al peso sino también mucho más económico y más fácil de poner en marcha. En 1950, la típica antena de microondas util i zaba 2100 vatios de salida, que generaba tres grupos de radiocanales (cada grupo con 12 canales), lo que producía una capacidad de 36 canales de calidad voz. Cada uno de ellos operaba a la frecuencia estándar de 4 KHz. Hoy en día, los equipos de la mayoría de los fabricantes (Harris/Farinon en concreto) sólo requieren 22 vatios de salida para generar 2016 canales de voz. Aunque la calidad de la transmisión de voz ha mejorado en dos órdenes de magnitud, el coste por canal ha caído en picado desde unos 1.000 dólares hasta por debajo de 37. Esta caída hace que, desde la perspectiva del operador, los sistemas de transmisión resulten muy atractivos. Sin embargo, el uso privado de las microondas también ha florecido durante estos años debido a las mejoras del coste y del rendimiento. Esta situación se refleja en el gráfico de la Figura 2.5. Este gráfico demuestra la buena aceptación del uso de microondas en la industria.

Sistemas y tecnologías radio

Figura 2.5.

45

Comparación del coste por canal a través de los años.

Hoy en día, las antenas de microondas se pueden instalar con rapidez y cambiar de lugar con facilidad. Sin embargo, en un entorno controlado por el gobierno, los mayores retrasos de tiempo se encuentran en la resolución del proceso regulador. Algunas instalaciones han tardado cerca de un año en ser aprobadas y después sólo uno o dos días en tener el sistema instalado y funcionando. En muchas situaciones, los sistemas por microondas proporcionan un servicio más fiable que el de las líneas terrestres, las cuales son más vulnerables a todo inclusive a las inundaciones, a los daños de roedores, a los cortes de azadas y al vandalismo. Un país en desarrollo, sin infraestructuras de cable para las comunicaciones, puede instalar un sistema de telecomunicación puntero a partir de un sistema radio en cuestión de unos meses. Por estos motivos, las regiones con terreno accidentado o sin ninguna estructura terrestre de red de cobre encuentran más fácil el salto a la era inalámbrica y obtienen las infraestructuras a menor coste que las instalaciones de cable. Las industrias de las comunicaciones celulares y del Servicio de comunicaciones personales (PCS, Personal Communications Service) invirtieron mucho en los sistemas de microondas para lograr la interconexión entre los componentes de sus redes. En la Figura 2.6 se muestra un ejemplo de las interconexiones que se utilizan en el mundo de las comunicaciones celulares. Además, una nueva aplicación de las antenas de microondas, denominada antena de ondas micro/milimétricas, está llevando directamente la transmisión al interior de los edificios con una nueva generación de antenas de minúsculos platos receptores. Es de esperar que la nueva industria de PCS seleccione la tecnología de los sistemas por microondas para la interconexión y el transporte de información de larga distancia en su red en expansión. Los suministradores de PCS y de comunicaciones celulares no quieren pagar a la compañía de telefonía local las mensualidades de las líneas de acceso TI que van desde los emplazamientos hasta los centros de conmutación. Por tanto, para eliminar los costes que se repiten cada mes, han instalado sistemas de microondas en la franja de frecuencias comprendidas entre 18 GHz y 23 GHz. Decenas de miles de nuevos emplazamientos celulares y de PCS serán construidos en los próximos años, lo que expandirá el uso de estos sistemas en cada uno de estos emplazamientos. A medida que los dispositivos portátiles de tercera generación se abran camino en la industria, la interconectividad inalámbrica se empleará con más frecuencia.

46

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Figura 2.6.

Interconexión celular de microondas.

Las microondas también representaron un papel crucial en la industria de PCS puesto que los sistemas PCS utilizan la banda de frecuencias de 1,9 GHz a 2,3 GHz. Los operadores de sistemas fijos como la policía, los bomberos, los servicios eléctricos y alguna organización municipal ocupaban estas frecuencias. Según ordenó la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC, Federal Communications Comissioii), para satisfacer el traslado de estos usuarios desde la banda de 2 GHz a una nueva, se utilizaron las microondas. Un estudio indicaba que para el año 2005 la industria de PCS gastaría más de 3.000 millones de dólares en los equipos y servicios de los sistemas por microondas. Otra gran demanda de microondas emergió en el mercado de los Proveedores de acceso competitivo (CAP, Competitive Access Provider). Los proveedores CAP ofrecen a los clientes acceso de larga distancia a precios más bajos que los de las compañías de telefonía local y que los de los competidores de reciente aparición. Los CAP habitualmente instalan sus propios cables de fibra óptica. No obstante, reconocen las ventajas de ampliar la cobertura de la red hasta las entradas de los edificios de los clientes con una conexión de alta velocidad inalámbrica. Los CAP complementan sus redes de fibra óptica con proveedores CAP Inalámbricos (WCAP, Wireless CAP). Los WCAP utilizan la transmisión por microondas para proporcionar los servicios de telecomunicación sin la necesidad de una costosa infraestructura basada en el cable. Observe en la Figura 2.7 un gráfico de este concepto. Las nuevas antenas de ondas micro/milimétricas, más pequeñas y normalmente más económicas que las de microondas, son también populares entre los CAP y los suministradores de PCS. Se utilizan en áreas urbanas para prolongar las redes de fibra óptica. Estas unidades de radio aprovechan las frecuencias altas (ondas milimétricas) que aún no se han utilizado. Ahora se ven como una solución frente al incremento de la congestión en las bandas de frecuencias más bajas. Una ventaja de estos sistemas es el pequeño tamaño de las antenas, que pueden esconderse en los tejados sin interferir con ordenanzas de la zona o sin crear controversias estéticas. Las microondas se utilizan mucho en los sistemas de radio y televisión. La TV por satélite depende de los repetidores de microondas de los satélites para la retransmisión de señales de TV a una estación receptora. La comunicación por microondas vía satélite proporciona una señal más fiable que la de las ondas radioeléctricas por tierra de mayor longitud. También mejora la recepción de la imagen.

Sistemas v tecnologías radio

Figura 2.7.

47

Interconexión inalámbrica con fibra óptica y CAP.

Algunas estaciones de TV han estado utilizando las microondas desde 1992 para facilitar las comunicaciones inalámbricas de las cámaras de campo. Lo que continuamente se escucha sobre las cámaras de acción (Action Cams) se refiere a un sistema por microondas portátil conectado a una cámara para la difusión en tiempo real. En lugar de una ubicación fija, se conduce una furgoneta de noticias y se transmite en cadena al instante, tal y como se muestra en la Figura 2.8. Los sistemas transmiten en cadena con una cámara de campo, que contiene unidades de microondas, del tamaño de una baraja de cartas. Pueden ir a cualquier sitio y funcionar desde lugares situados a 2 millas 2 de la furgoneta. La acción y las noticias se transmiten de vuelta a la furgoneta donde se retransmiten vía microondas a la estación de TV.

Figura 2.8. Cámara de acción y sistemas por microondas juntos en acción. 2

1 milla = 1,6093 km. (N. del T.)

48

Comunicaciones inalámhiicas de banda ancha

¿Y EL ANCHO DE BANDA? 1:1 ancho de banda siempre es un tema quisquilloso. Podría convertirse en una necesidad nunca satisfecha si no se gestiona adecuadamente. Existe una relación directa entre el coste y el ancho de banda total. Cuanto más ancho de banda se necesite, mayor será el coste. A todo el mundo le gustaría tener tanto ancho de banda como fuese posible y todos al mismo tiempo, y a un precio asequible. Mucha gente comete el error de comprar más ancho de banda del que necesita como anticipo de un futuro crecimiento. En esta industria, los precios descienden a medida que la competencia aumenta. Hoy en día, si una organización necesita un OC-3 (155 Mbps), la solución más asequible probablemente sea tender fibra óptica. Por el contrario, si la velocidad de transmisión actual es de 10 Mbps por un cable Ethernet, esta demanda puede quedar satisfecha de inmediato. Posteriormente puede comprarse más ancho de banda. En dos o tres años, los costes caerán en picado de forma que los nuevos requisitos quedarán satisfechos con costes marginales o increméntales. Es más prudente comprar el ancho de banda cuando se necesita y no antes (se solicitaría añadir una pequeña cantidad pero estaría limitada). El futuro traerá: ■ ■ ■ ■

Más opciones. Más suministradores. Mayor disponibilidad. Costes más bajos.

¿Que se debería hacer entre tanto para satisfacer la necesidad de ancho de banda? La respuesta es: ■ Alquilar fibra óptica (fibra oscura) en lugar de pagar el coste de instalación. ■ Alquilar servicios del ILEC o CLEC si hay suficiente ancho de banda disponible. ■ Comprar una conexión inalámbrica como una conexión por microondas punto a punto. En la Tabla 2.1, se representa una comparación de distancias y frecuencias en condiciones de visibilidad directa. Muchas de ellas corresponden al escenario del caso mejor. Los mitos de los sistemas por radio corren desenfrenados. A pesar de los rumores sobre los diversos riesgos y peligros que puede sufrir la señal radiocléctrica, las microondas normalmente funcionan el 99,99 por 100 del tiempo. Habitualmente, las microondas son insensibles a los siguientes factores: ■ ■ ■ ■

■ Contaminación. ■ Tormentas de arena. ■ Actividades de los puntos solares.

Nieve. Nevisca. Niebla. Pájaros.

Tabla 2.1. Comparación de bandas de frecuencias y distancias (visibilidad directa) Banda de frecuencias

Distancias (aproximadas)

2-6 GHz 10-12 GHz 18 GHz 23 GHz 28-30 GHz

30 millas 20 millas 7 millas 5 millas 1 a 2 millas

Sistemas y tecnologías radio

49

El auténtico peligro es el desvanecimiento en el agua (la absorción del agua) y el desvanecimiento multitrayecto a través de zonas de agua. El diseño de los trayectos radioeléctricos puede prevenir el desvanecimiento en su mayor parte. Un enlace por microondas transmite gigabytes de datos sin dejarse ni un solo bit (o paquete cuando una transmisión de datos utiliza información organizada en paquetes). En los cables de cobre, el ruido siempre está presente. El ruido térmico genera un zumbido continuo, ruido blanco y efectos por el estilo. Un trayecto para microondas puede estar tan despejado que si no hay nadie que esté hablando o enviando datos, la línea permanece en absoluto silencio. Este hecho es difícil de comprender para la gente corriente que no es experta en esta materia. Otro inconveniente que se percibe (cuando se maneja más de un megabit por segundo) es la necesidad de disponer de visibilidad directa entre los lugares. Los problemas que presenta la línea de visión raras veces son botones de muestra. Primero, sólo una pequeña parte del lugar remoto necesita estar visible. Incluso si el otro lugar no está visible, hay soluciones. De hecho, esta situación es bastante común. Se buscan puntos altos que proporcionen visibilidad entre ambos lugares. Se puede implementar un repetidor pasivo o activo. El establecimiento de un repetidor no es difícil, en particular si se trata de repetidores pasivos. Las antenas son suficientemente pequeñas y ligeras como para colocarlas en casi cualquier sitio: una torre acuática o radioeléctrica, un mástil, otros tejados y sitios así. Una alternativa consiste en rebotar la señal desde un obstáculo físico (tal como una montaña) y utilizar la ganancia del obstáculo para obtener la señal completa. Esta alternativa se muestra en la Figura 2.9. La banda de frecuencias de 23 GHz, por ejemplo, es bastante común para los sistemas de corto alcance, sistemas por microondas de uso privado. La mayoría de la gente confunde la banda con la frecuencia real de funcionamiento. La banda de 23 GHz en realidad consta de 24 pares de frecuencias que oscilan entre 21.200 GHz y 23,600 GHz. El número puede dupli-

Figura 2.9. La ganancia del obstáculo utiliza una señal reflejada por un obstáculo natural tal como una montaña.

50

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

carsc a 48 pares de frecuencias mediante cambios mínimos en la antena (cambiando la polarización de vertical a horizontal). Las antenas enfocan la señal en cada extremo del enlace, y la potencia de transmisión sólo es de unos 60 milivatios. Estas variables posibilitan la utilización de pares de frecuencias idénticas en dos enlaces que se originen desde el mismo tejado. El cambio de la polarización de las antenas y la separación de las señales (10 grados) deberían proporcionar el aislamiento y la separación requeridos.

COMUNICACIONES POR SATÉLITE Las comunicaciones por satélite se han desarrollado a lo largo de los años. El primer uso de la tecnología del satélite fue en el ámbito militar para las comunicaciones de voz a principios de los años sesenta. A pesar de los avances en la tecnología, los proveedores comerciales tienen prohibida la construcción y el lanzamiento de satélites a voluntad. Pese a estas limitaciones, los satélites comerciales proporcionan una información valiosa en meteorología, agricultura, selvicultura, geología, ciencias ambientales y otras áreas. Los países utilizan satélites en diversas aplicaciones. Tanto en el ámbito militar como en la agricultura y en la oceanografía, los satélites han contribuido a mejorar el funcionamiento de cualquier país. Cada una de las aplicaciones, no obstante, utiliza cantidades significativas de datos para realizar y monitorizar esas funciones.

Proveedores comerciales La NASA ha estado trabajando en la industria del satélite comercial de EE.UU. para conseguir una interoperabilidad perfecta entre las redes de telecomunicación terrestres y por satélites. La elevada lateneia y las características del ruido de los enlaces por satélite inducen a transmisiones ineficientes siempre que se emplea el Protocolo de Control de Transmisión (TCP, Transmission Control Protocol) en un entorno para el que no estaba diseñado. Estos problemas no están limitados a las comunicaciones aerotransportadas y pueden aparecer en otras redes de elevada lateneia y ruido. Consideraciones tales como una elevada tasa de datos y un mayor número de usuarios en las redes de datos pueden afectar a las redes terrestres del futuro de forma similar a los inconvenientes que presentan los satélites actuales. En el futuro, habrá que enfrentarse a las redes de telecomunicación con estaciones espaciales, estaciones lunares y estaciones planetarias con su inherente lateneia, ruido y características del ancho de banda. Por ahora, el énfasis reside en los satélites de comunicaciones que orbitan alrededor de la Tierra.

¿Cómo funcionan los satélites? La Figura 2.10 muestra los elementos básicos de un sistema de comunicaciones por satélite. El proceso comienza en la estación terrena —una instalación diseñada para transmitir y recibir señales de un satélite en órbita alrededor de la Tierra—. Las estaciones terrenas envían a los satélites la información a través de señales de elevada potencia, señales de alta frecuencia (rango de GHz), los cuales reciben y retransmiten las señales de vuelta a la tierra donde otras estaciones terrenas de la zona de cobertura del satélite las reciben. La zona que recibe una señal de potencia útil se conoce como huella o cobertura del satélite. La transmisión desde la estación terrena al satélite se denomina enlace ascendente (uplink) y desde el satélite a la estación terrena se denomina enlace descendente (downlink).

Sistemas y tecnologías radio

51

Bandas de frecuencias para los satélites Las tres bandas de frecuencias que normalmente utilizan los satélites son las bandas C, Ku y Ka. Las bandas C y Ku son los dos espectros de frecuencias más habituales en la actualidad. Para ayudar a comprender la relación entre el diámetro de la antena y la frecuencia de transmisión, es importante mencionar que existe una relación inversa entre la frecuencia y la longitud de onda: cuando la frecuencia aumenta, la longitud de onda disminuye. Si la longitud de onda aumenta, se requieren antenas mayores que reciban la señal. Las transmisiones por satélite de la banda C ocupan el rango de frecuencias entre 4 GHz y 8 GHz. Estas frecuencias relativamente bajas se traducen en longitudes de onda mayores que las de la banda Ku o la banda Ka. Estas longitudes de onda de la banda C inducen a disponer de una antena de satélite mayor que recoja la potencia de señal mínima. El tamaño mínimo de una antena corriente de la banda C es aproximadamente de 2 a 3 metros de diámetro, como se muestra en la Figura 2.11. Las transmisiones por satélite de la banda Ku ocupan el rango de frecuencias entre 11 GHz y 17 GHz. Estas transmisiones de frecuencia relativamente alta corresponden a longitudes de onda más cortas, y por tanto, se puede utilizar una antena menor para recibir la potencia de señal mínima. Las antenas de la banda Ku pueden ser tan pequeñas como 18 pulgadas3 de diámetro. La Figura 2.12 muestra la antena de la banda Ku del Sistema digital por satélite (DSS, Digital Satellite System) de Sony. Las transmisiones por satélite de la banda Ka ocupan la banda de frecuencias de 20 GHz a 30 GHz. Estas transmisiones de muy alta frecuencia implican longitudes de onda muy pequeñas y antenas receptoras de diámetro muy pequeño.

3

1 pulgada = 2,54 cm. (N. del T.)

52

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Figura 2.11. Antenas de la banda C.

Figura 2.12.

Antenas de la banda Ku.

Satélites de órbita geosínerona (GEO, Geosynchronous Earth Orbit). En la actualidad, una mayoría aplastante de satélites en órbitas alrededor de la tierra se sitúan a 22.300 millas sobre el ecuador de la Tierra en la órbita terrestre geosínerona (GEO). Como se muestra en la Figura 2.13, a una distancia de 22.300 millas, un satélite puede mantener una órbita con un período de rotación alrededor de la Tierra exactamente igual a 24 horas. Debido a que los satélites giran a la misma velocidad rotacional de la Tierra, desde la superficie de la Tierra parecen estacionarios. Este hecho explica por qué la mayoría de las antenas de las estaciones terrenas (los platos) no necesitan moverse una vez que se han orientado correctamente hacia el satélite situado en el cielo.

Figura 2.13.

Órbita geosínerona.

Sistemas y tecnologías radio

53

Satélites de órbita media (MEO, Mid-Earth Orbit). Durante los últimos años, las innovaciones tecnológicas en comunicaciones espaciales han dado lugar al uso de nuevas órbitas y a nuevos diseños de sistemas. Se ha propuesto que las redes de satélites de la órbita terrestre media (MEO) orbiten a una distancia de 8.000 millas. Las señales transmitidas desde un satélite MEO recorren una distancia más corta, lo que se traduce en el extremo receptor en una potencia mejor de la señal. Esto significa que pueden utilizarse terminales receptores más ligeros, más pequeños. Además, como la señal se desplaza una distancia más corta hacia y desde el satélite, se produce menos retardo de transmisión. El retardo de transmisión es el tiempo que tarda una señal en viajar hacia el satélite y regresar a la estación receptora. Para las comunicaciones en tiempo real, los retardos de transmisión pequeños son mejores. Por ejemplo, un satélite GEO requiere 0,25 segundos para un viaje de ida y vuelta. Un satélite MEO necesita menos de 0,1 segundos para completarlo. El satélite MEO funciona en el entorno de frecuencias de 2 GHz en adelante. Satélites de órbita baja (LEO, Low-Earth Orbit). Las propuestas de satélites LEO están divididas en tres categorías: LEO pequeños, LEO grandes y Mega-LEO. Los satélites LEO orbitarán a una distancia de tan sólo 500 millas hasta 1.000 millas sobre la tierra. Esta distancia relativamente pequeña reduce el retardo de transmisión a tan sólo 0,05 segundos y, además, disminuye la necesidad de tener equipos receptores sensibles y voluminosos. Los satélites LEO pequeños operarán en la banda de 800 MHz (0,8 GHz), los LEO grandes operarán en la de 2 GHz o por encima y los Mega-LEO operarán en el rango de 20 GHz a 30 GHz. Las frecuencias más altas asociadas con los satélites Mega-LEO se traducen en una mayor capacidad de transporte de información y la capacidad de tiempo real, transmisión de vídeo de bajo retardo. Las empresas Microsoft Corporation y McCaw Cellular (ahora conocida como AT&T Wireless Services) se han asociado para desplegar 288 satélites que forman Teledesic, la propuesta de una red de satélites Mega-LEO. Se esperan velocidades de 64 Mbps en el enlace descendente y de 2 Mbps en el enlace ascendente.

Posición orbital Con más de 200 satélites en la órbita geosíncrona, ¿cómo se impide que tropiecen unos con otros o que intenten utilizar la misma ubicación en el espacio? Para afrontar este problema, los organismos reguladores internacionales como la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) y las organizaciones gubernamentales nacionales como la FCC designan las ubicaciones donde los satélites de comunicaciones pueden situarse en la órbita geosíncrona. Estos sitios se especifican en grados de longitud y se conocen como posiciones orbitales (orbital slots). Como respuesta a la elevada demanda de posiciones orbitales, la FCC y la ITU han reducido de forma progresiva el espacio de separación que se exige bajándolo a tan sólo 2 grados para los satélites de la banda C y la banda Ku.

Comunicaciones El subsistema de comunicaciones de un satélite es esencial para el funcionamiento de cualquier satélite. Se utilizan muchos componentes diferentes, que incluyen: ■ Antenas especiales. ■ Receptores. ■ Transmisores. Todos los componentes deben ser muy seguros y de poco peso. La mayoría de los satélites se ajustan con radiobalizas o transpondedores, que proporcionan ayuda al facilitar el seguí-

54

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

miento terrestre. Las bocinas globales transmiten y reciben señales sobre áreas de la Tierra muy grandes. Muchos satélites y estaciones en tierra tienen antenas de platos que transmiten y reciben señales para comunicarse. Los platos curvados reflejan las señales salientes de la bocina central y reflejan las señales entrantes. La capacidad del satélite para recibir señales es también necesaria para provocar el retorno de los datos o para corregir un mal funcionamiento si fuese posible. Los obstáculos tecnológicos y de regulación para crear auténticas redes de satélites de alta velocidad pertenecen al pasado. Los sistemas de banda ancha mediana y pequeña tales como Iridium de Motorola y DirecPC de Hughe pueden manejar de inmediato algunas de las necesidades. Estos sistemas no son nada comparados con la promesa de 2 Mbps, 20 Mbps e incluso 155 Mbps en el enlace descendente. Todo lo que se necesita es una antena pequeña, una caja negra y un proveedor de servicios. Esta oferta se aproximará a la forma en que hoy en día compramos servicios desde un proveedor de servicios de Internet (ISP, Internet Service Provider). ¿Está ya preparado para la hora de mayor audiencia? ¡Todavía no! El teléfono universal de Iridium no acabará con el teléfono celular. Por tanto, los sistemas de satélites de banda ancha no pondrán fin a las líneas terrestres. Los creadores de los satélites de banda ancha están de acuerdo con que estos sistemas complementarán a las redes terrestres. Estos satélites proporcionarán servicios de alta velocidad donde la infraestructura terrestre no exista. Sin embargo, las líneas terrestres de alta velocidad y bajo coste ya están aquí para quedarse. ¿Hay alguna aplicación para las redes de satélites de alta velocidad? ¿Qué las hace diferenciarse de otras? Cada uno de los principales sistemas es diferente. Algunos de los más visibles pueden probar lo más difícil de implementar. Algunos de los sistemas de aspecto más recatado y conservador pueden derrotar a otros de inmediato. Las comunicaciones por satélite no son nuevas. Durante años, se podía transmitir en cadena con un sistema de terminales de apertura muy pequeña (VSAT, very smalí aperture terminal) y comprar tiempo en un satélite. El sistema VSAT puede entregar hasta 24 Mbps en un enlace punto a multipunto (un enlace multicast) y hasta 1,5 Mbps en un enlace punto a punto. Estos sistemas están bien para las transmisiones de datos previsibles y cuantificables, pero si se necesita dirigir el negocio durante un vuelo de avión, puede ser un problema. Se precisan nuevas técnicas para la gestión del uso bajo demanda. Las principales entre ellas son el empleo de más haces bien orientados y la tecnología digital de la señal, que juntos pueden incrementar la reutilización de las frecuencias (y de ese modo incrementar el ancho de banda), y reducir el tamaño del plato desde metros a centímetros. En consecuencia, también se necesita una gran cantidad de espectro electromagnético que aún no se utilice. En 1993, la NASA lanzó su Satélite de tecnología avanzada de telecomunicaciones (ACTS, Advanced Communication Technology Satellite). ACTS es un sistema de satélites GEO, digital, en la banda Ka (20-30 GHz), de haz puntual, capaz de entregar cientos de megabits por segundo de ancho de banda. La NASA demostró que tal sistema funcionaba. La FCC ha concedido posiciones orbitales y licencias en la banda Ka a 13 empresas, entre las que se incluyen: ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■ ■

EchoStar. Hughes. Loral. Motorola. Ka-Star. NetSat 28. PanAmSat. Teledesic.

Todas ellas pretenden traer hasta nuestros hogares y oficinas el ancho de banda a 155 Mbps. Lo que queda por ver es el número de satélites que de verdad se lanzarán y que sobrevivirán.

Sistemas y tecnologías radio

55

¿Qué haremos con esta velocidad y con esta capacidad? ¡Cualquier cosa que queramos! Cualquier cosa que las líneas terrestres puedan hacer, los sistemas por satélite del nuevo milenio también lo harán. La Tabla 2.2 representa una lista de las aplicaciones cubiertas por las comunicaciones por satélite de banda ancha. Estas son aplicaciones representativas; se desarrollarán otras. La mayor parte del mercado que necesita servicios de datos parece estar bien abastecida por las líneas terrestres. Así que, ¿por qué ese énfasis en el uso de la tecnología aerotransportada? Un mercado obvio reside en los lugares que tienen infraestructuras de comunicaciones subdesarrolladas. En algunos países, el despliegue de cables de cobre o de fibra está fuera de toda cuestión debido al coste inicial y al terreno en el que se necesita. Todavía, un teléfono inalámbrico tiene algún mérito. Así que, ¿quién necesita esta nueva clase de comunicaciones por satélite de banda ancha? La primera respuesta es la misma: corporaciones multinacionales. El principal problema que los sistemas por satélite resuelven es la obtención de gran ancho de banda para acceder a lugares sin infraestructuras para ello. Es poco probable que un sistema por satélite compita con la Linea de abonado digital x (xDSL, Digital Subscriber Line) del hogar o con la fibra óptica de la oficina.

LEO frente a GEO El ancho de banda es sólo la mitad de la historia. La otra mitad es la latencia o retardo. Es fácil hablar sobre sistemas por satélite de gran ancho de banda, pero esa tecnología ha existido en los VSAT desde hace años. Los satélites GEO situados a 22.300 millas sobre el ecuador inducen 250 milisegundos de retardo debido al viaje de ida y vuelta. Una conversación telefónica resulta molesta con esta clase de latencia en el sistema (sin contar la latencia añadida por diversas estaciones pasarelas [gateways] y otros traductores). Cualquier aplicación interactiva y de muchos datos es sensible a la latencia. Cualquier proceso de transacción en línea tendrá algún problema al utilizar un sistema de satélites GEO. El traslado de los satélites hacia distancias más cercanas a la Tierra ayudará de forma significativa. Es lo que precisamente harán sistemas como Teledesic4, Skybridge5 y Celestri6.

Tabla 2.2. Aplicaciones para las comunicaciones por satélite de alta velocidad Aplicaciones Comunicaciones de escritorio a escritorio Videoconferencia Acceso a Internet de alta velocidad Correo electrónico Fax digital y a color Telemedicina Vídeo y TV directos Transacciones Educación a distancia interactiva Noticias e información financiera Telerradiología

4

Teledesic es una empresa conjunta entre Microsoft y McCaw Cellular. Skybridge es una empresa de Alcatel en Bélgica. 6 Celestri es un producto y una empresa de Motorola. 5

56

Comunicaciones inalámbricas ele banda ancha

Estos sistemas con satélites LEO situados por debajo de las 1.000 millas reducen la latericia a 0,1 segundos. Mientras que los satélites GEO son de tecnología bien conocida, los LEO son nuevos. El mayor problema es la cantidad de satélites LEO que se necesitan para lograr una cobertura mundial. En cierto momento, Teledesic planeaba una constelación de más de 842 satélites7. Hasta hace poco, el concepto de lanzar docenas o cientos de satélites multimillonarios (dólares) era un sueño imposible. Las estimaciones para cada uno de los 288 satélites de Teledesic son de 20 millones de dólares cada uno. El precio sólo es uno de los problemas. La búsqueda de una empresa que lance todos estos satélites plantea otro obstáculo. Teledesic ha fijado una ventana de lanzamiento de 18 meses a 2 años para conseguir poner sus 288 satélites en el aire. Aquellos que planifican el sistema LEO hablan de poner más satélites en órbita en los próximos cinco años que los que el mundo había puesto en órbita durante los últimos 40 años. Una vez que los satélites LEO están en órbita, aparece un conjunto de problemas completamente nuevos; el tema de la basura espacial se convierte en un problema.

Nichos en la esfera GEO Los satélites LEO serán buenos para las redes de alta velocidad, la teleconferencia, la telemedicina y las aplicaciones interactivas. Los satélites GEO serán mejores para la transferencia de información descendente y la distribución de vídeo difusión y la distribución múltiple. Se pueden utilizar satélites GEO para transportar al menos 24 Mbps de datos 1P para difusión y unos 2 Mbps de datos TCP/1 P punto a punto. Lo más novedoso es el empleo de técnicas como la suplantación TCP (TCP spoofing). Algunos proveedores han estado utilizando esta técnica durante años para proporcionar contenidos de Internet e Intranet de alta velocidad. Los terminales terrestres pueden utilizar tecnologías similares a la suplantación TCP. De todos modos, los 250 milisegundos de retardo todavía están presentes. Cualquier protocolo con menos pérdidas va a tener problemas debido a esta latcncia. Incluso si la suplantación TCP funciona con una memoria TCP de 64 KB desconfiaría de ello, otros protocolos tales como SNA de IBM y otros de tiempo real se diseñan en torno al funcionamiento por líneas terrestres.

LEO se reúne con GEO La empresa Cclestri de Motorola planea una constelación inicial de 63 satélites LEO junto con un satélite GEO sobre los EE.UU. La constelación de LEO y los satélites GEO serán capaces de comunicarse directamente a través de una red, satélite a satélite. La configuración híbrida permitirá a Celestri aprovecharse de los pequeños retardos de los satélites LEO para usos interactivos y de la potencia de los GEO en el campo de la difusión.

Unidad de seguridad espacial Más all á de lo que se ha conseguido en los temas de la latencia y del ancho de banda, se presenta otro reto: la seguridad. Si los datos se están empaquetando y emitiendo al espacio, cualquiera con un escáner puede sintonizarlos. Las tecnologías de la interfaz aire que estos

7

Teledesic disminuyó hasta 288 el número inicial de satélites LEO necesarios.

Sistemas y tecnologías radio

57

sistemas utilizan se lo pondrán más difícil a cualquiera que escuche a escondidas. Los sistemas combinados utilizarán los accesos múltiples CDMA, TDMA, FDMA y diversos protocolos xDMA. Por si fuera poco, muchas de las redes ofrecerán algún sistema de encriptación para la seguridad interna.

Mercado para la red El mercado mundial de las telecomunicaciones gira en torno a 750.000 millones de dólares y se duplicará en 10 años, principalmente debido al uso extendido de las comunicaciones de datos. Se empleará cualquier servicio que esté disponible para cubrir la demanda: fibra óptica, ATM, SONET (Synchronous Optical Network), xDSL, Gigabit Ethernet, módems de cable, satélites y probablemente alguno que aún no se ha pensado todavía. Todos los sistemas de telecomunicación competirán en disponibilidad, precio y velocidad. Eso significa que habrá dos grandes ganadores: aquel que primero lleve su servicio de banda ancha a los consumidores y aquel que pueda ofrecer el mayor ancho de banda con la menor latencia posible. La Tabla 2.3 muestra un ejemplo de las técnicas y los servicios ofrecidos. Las bandas de discusión están siempre referidas a aquellas en las que estos servicios funcionarán. La Tabla 2.4 proporciona un resumen de algunas de las bandas utilizadas en el ámbito del .satélite. La Tabla 2.5 muestra un ejemplo de las diversas bandas y tamaños del terminal y del plato que utilizan las tecnologías del satélite.

Tabla 2.3.

Servicios planificados

Servicio ofertado

Astrolink

Teledesic

Celestri

Empresas (socios) implicadas

Lockheed

Bill Gates,

Motorola

Craig McC'aw, Boeing Ofertas de servicios

Datos, vídeo.

Voz, datos,

Voz, datos,

telefonía rural

videoconferencia

videoconferencia

Órbita del satélite

22.300

435

875 y 22.300

Banda del satélite

Ka

Ka

Ka y también

Tamaño del plato de antena

33-47 pulgadas

10 pulgadas

24 pulgadas

Ancho de banda

Hasta 9.6 Mbps

16 Kbps-64 Mbps

Hasta 155

o hasta 2048 Mbps

Mbps transmite y recibe

40-50 GFIz

Disponibilidad (aprox.)

Finales de 2000

2002

2002

Número de satélites

9 CEO

288 LEO

63 LEO,

Tecnologías de acceso

FDMA, TDMA

MF-TSMA, ATDMA

FDMA/TDMA

Comunicaciones intersaíelitales

Sí

Si

Sí

hasta 9 GEO

58

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Tabla 2.4. Bandas de frecuencias Banda

Gamas de frecuencia empleadas

Banda HF

1,8-430 GHz 50-

Banda VHF

146 GHz 0,230-

Banda P

1,000 GHz 0,430-

Banda UHF

1,300 GHz 1,530-

Banda L

2,700 GHz 2,310-

Radio digital FCC y PCS

2,360 GHz 2,700-

Banda S

3.500 GHz

Banda C

Enlace descendente: 3,700-4200 GHz Enlace ascendente: 5,925-6,425 GHz

Banda X

Enlace descendente: 7,250-7.745 GHz Enlace ascendente: 7,900-8,395 GHz

Banda Ku (Europa)

Enlace descendente: FSS: 10,700-11,700 GHz DBS: 11,700-12,500 GHz Telecom: 12,500-12.750 GHz F^nlace ascendente: FSS y Telecom: 14,000-14,800 GHz DBS: 17,300-18,100 GHz

Banda Ku (América)

Enlace descendente: FSS: 11,700-12,200 GHz DBS: 12,200-12,700 GHz Enlace ascendente: FSS: 14,000-14,500 GHz DBS: 17.30017,800 GHz

Banda Ka

En torno a 18-31 GHz

Tabla 2.5.

Diversas alternativas de tecnologías de satélite

Tipo de sistema

Bandas de frecuencias

Aplicaciones

Terminal tipo/tamaño

Servicio fijo

C y Ku

Envío de vídeo, VSAT,

1 metro y estación fija terrena

por satélite Difusión directa

Ku

recopila noticias, telefonía Vídeo/audio satélite directo a casa Voz y datos de baja velocidad para terminales móviles Telefonía celular, datos, radiobúsqueda Localización, seguimiento, mensajería Acceso a Internet, voz, vídeo, datos Acceso a Internet, voz. vídeos, datos, videoconferencia

mayor Estación terrena fija de 0.3-0,6 metros Ordenadores portátiles/antena montada pero móvil Teléfono celular y buscapersonas; cabina de teléfono fija 6 pulgadas; omnidireceional 20 era, fijo

Satélite móvil (GEO) GEO grande LEO pequeño

LyS LyS P y por debajo

GEO de banda ancha LEO de banda ancha

Ka y Ku Ka y Ku

Fijo, antenas duales de seguimiento de 20 cm

Sistemas y tecnologías radio

59

CARACTERÍSTICAS DEL SATÉLITE Como se mencionó antes, las comunicaciones por satélite tienen tres características generales que producen problemas de interoperabilidad con aquellos sistemas que no se han diseñado para soportarlos: ■ Retardo (o latencia). ■ Ruido. ■ Ancho de banda limitado. Es importante entender cada uno de ellos tanto en términos generales como en detalle. Desde la invención e instalación de la fibra óptica, los sistemas de comunicaciones se han tratado como sistemas ideales con muy baja latencia, sin ruido y con un ancho de banda casi infinito (las capacidades de los sistemas de fibra óptica actuales tienden a un ancho de banda de terabits). Estas características todavía tienen sitio para la duda y el desarrollo, pero para las comunicaciones por satélite, las propiedades de la fibra óptica hacen muy difícil una interoperabilidad rentable con los sistemas terrestres. El problema de la latencia es el principal de todos. La aplicación encargada de la codificación con control de errores maneja el ruido. La eficiencia del ancho de banda es una meta importante para los sistemas de satélite actuales, pero cada vez lo será más a medida que se incremente el número de usuarios así como los requisitos para datos.

Latericia Se ha visto que la entrega de un mensaje por un enlace vía satélite produce un retardo inherente debido a la velocidad finita de la luz y a la altitud de los satélites. Como se dijo con anterioridad, en un satélite GEO se produce un retardo de propagación de 250 milisegundos aproximadamente. Estos retardos se refieren a la ruta (o salto) estación terrena-satélíte-estación terrena. El retardo de propagación del viaje completo para un mensaje y su respuesta sería de un máximo de 500 milisegundos. El retardo será en proporción más largo si el enlace incluye múltiples saltos o si se utilizan los enlaces intersatelitales. Puesto que los satélites se vuelven más complejos e incluyen el procesamiento de señal a bordo, aparece un retardo adicional. Otras órbitas son posibles, incluidas la órbita baja (LEO) y la órbita media (MEO). La ventaja de la órbita GEO es que el satélite queda estacionario sobre un punto de la Tierra lo que permite un simple apuntamiento de las antenas. Las órbitas más bajas requieren la presencia de constelaciones de satélites para mantener una cobertura constante y son más indicadas para los enlaces intersatelitales, lo cual tiene como resultado un retardo variable del trayecto que depende del enrutamiento a través de la red.

Ruido La potencia de la señal radioeléctrica decrece en proporción al cuadrado de la distancia recorrida. Para un enlace vía satélite, esta distancia es muy grande, por lo que la señal se vuelve muy débil. El resultado es una relación señal/ruido baja. La tasa típica de errores de bits para un enlace por satélite puede ser del orden de 10~7. El ruido se convierte en un problema menor cuando se utiliza la codificación con control de errores. Un comportamiento frente al error similar al de la fibra óptica también es posible con la adecuada codificación con control de errores.

60

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Ancho de banda El espectro radioeléctrico es un recurso finito y sólo se dispone de cierta cantidad de ancho de banda. Las frecuencias de portadora típicas para los servicios de comunicación por satélite actuales punto a punto (fijo) son 6/4 GHz (banda C), 14/12 GHz (banda K.u) y 30/20 GHz (banda Ka). El ancho de banda tradicional del transpondedor de la banda C y K.u es de 36 MHz para el soporte de un canal de televisión a color (o 1.200 canales de voz). Un satélite puede llevar dos o más docenas de transpondedores. Las nuevas aplicaciones, tales como los servicios de comunicaciones personales, pueden cambiar este panorama. El ancho de banda está limitado por naturaleza, pero las asignaciones para las comunicaciones comerciales están limitadas por acuerdos internacionales, de manera que este recurso escaso pueda utilizarse de un modo justo. Las aplicaciones que no son eficientes en el uso del ancho de banda asignado derrochan este valioso recurso, especialmente en el caso de los satélites. Las tecnologías escalables serán más importantes en el futuro.

Ventajas Aunque los satélites tienen ciertos inconvenientes, también presentan ciertas ventajas sobre los sistemas de comunicación terrestres. Los satélites tienen una capacidad natural de emisión. Los satélites son inalámbricos, por tanto pueden alcanzar zonas geográficas remotas. Los principales cambios se están produciendo en el diseño de los sistemas de comunicaciones por satélite. Se están proponiendo nuevos servicios de ancho de banda bajo demanda para los sistemas GEO. La FCC recibió 17 solicitudes el año pasado de nuevos sistemas por satélite en la banda Ka.

SATÉLITES DE ÓRBITA BAJA (LEO) Se ha abordado gran parte de la discusión sobre comunicaciones inalámbricas. Sin embargo, una combinación de dos servicios y tecnologías distintos está surgiendo como los nuevos servicios para las comunicaciones de banda ancha. Estos dos servicios comprenden las comunicaciones de larga distancia y los servicios de comunicaciones personales. Las tecnologías engloban los conceptos combinados de satélites y comunicaciones celulares. Los servicios de comunicaciones de todo el mundo se consiguen mediante la combinación de estos dos servicios, por tanto debería emplearse algún esfuerzo diligente para comprender lo que está ocurriendo en este campo. Esta realidad trae al hogar el concepto de comunicaciones desde cualquier sitio y hacia cualquier lugar. La idea de estar en medio de un lago y recibir una llamada o de estar descendiendo un río y realizar una llamada resulta increíble. En especial, cuando se piensa en algunas de las zonas rurales del mundo donde en la actualidad no existen infraestructuras para el servicio telefónico. Todavía, en cuestión de unos años estos apartados lugares en lo alto de las montañas, en bosques, en valles y en el mar, todos serán alcanzables en el mismo momento que se produzca una noticia. La infraestructura de un mundo cableado no se prestaría con facilidad a ello debido al tiempo y a los costes que requeriría. Por tanto, un sistema de transmisión inalámbrico es la respuesta obvia. Sin embargo, el empleo de dispositivos de comunicaciones personales y celulares aún deja mucho que desear. Primero, el despliegue de estos servicios siempre va a estar en las principales zonas metropolitanas, donde conseguirán que se utilicen y generen reembolsos financieros. De este modo, pasarán décadas o incluso más tiempo hasta que ese despliegue se aproxime y funcione del mismo modo en las zonas remotas. ¡Cabe la posibilidad de ver el mundo por encima

Sistemas y tecnologías radio

61

de la línea del cielo! La industria decidió intentar dar servicio a las áreas remotas desde la capacidad de un satélite. No es un concepto nuevo; el uso de sistemas de transmisión por satélite ha estado presente durante más de treinta años. Sin embargo, la aplicación de un servicio de llamada bajo demanda vía satélite es nueva. Este tipo de aplicación debería ser un negocio lucrativo puesto que los costes son todavía bastante elevados. Fíjese en el proyecto Iridium que tardó cinco años en construirse y lanzarse, para tener una escasa aceptación por parte del mercado. Esto condujo a Iridium Inc. hacia la bancarrota en su primer año de funcionamiento. Aproximadamente una docena de suministradores están todavía compitiendo por el segmento del espacio y por la adjudicación de frecuencias para ofrecer servicios de voz, datos de banda ancha, radiobúsqueda y radiodeterminación. En cada caso, las organizaciones seleccionaron varios planteamientos acerca de cómo lanzar sus ofertas de servicios y del uso de las capacidades orbitales para proporcionar los mismos. En general, esta discusión cubrirá el concepto más tratado de la actualidad denominado órbita baja (LEO). Sin embargo, no hay que olvidar algún comentario adicional sobre el uso de las comunicaciones basadas en satélites de órbita media (MEO) y órbita geosíncrona (GEO) y las aplicaciones. Como se mencionó antes, una docena de organizaciones están solicitando el derecho de uso de varias posiciones orbitales y frecuencias para proporcionar servicios en diversas órbitas, como se muestra en la Tabla 2.6. Las licencias solicitadas se están discutiendo con gran detenimiento en todo el mundo como el servicio interoperativo futuro.

La órbita baja En diciembre de 1990, Motorola rellenó una solicitud con la FCC con el propósito de construir, lanzar y poner en funcionamiento un sistema global móvil de satélites LEO conocido como Iridium. Esta novedad provocó el frenesí en todo el mundo. Iridium se basaba en el concepto del lanzamiento de una serie de 66 satélites8 alrededor del mundo que proporcionasen una cobertura mundial para un servicio de comunicaciones móviles funcionando en las bandas de frecuencias de 1,610 GHz a 1,6265 GHz. La idea era utilizar un transceptor portátil o móvil con antenas de bajo perfil que alcanzase una constelación de 66 satélites. Cada uno de los satélites se interconecta con otro a través de un sistema de radiocomunicaciones, puesto que

Tabla 2.6. Resumen del número de competidores y de las diversas órbitas solicitadas Órbita

Número de competidores

Órbita baja (LEO)

8

Licencias pendientes de ser concedidas basadas en zonas de cobertura muy específicas.

Órbita media (MEO)

4

Concesión experimental de licencias para zonas de cobertura específicas.

Órbita geosíncrona (GEO)

4

La licencias ya se han adjudicado, algunas son experimentales y otras no.

8

Estado

Originalmente, la propuesta de Iridium era de 77 satélites, pero Motorola enmendó este número después de la reunión del Consejo Administrativo Mundial de Radiocomunicaciones (WARC, World Administrative Radio Council) en la primavera de 1992.

62

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

atraviesan el globo a 413 millas náuticas9 sobre la tierra en múltiples órbitas polares'". Esta situación proporciona de forma virtual una zona de cobertura con línea de visión directa continua desde cualquier punto del globo hasta cualquier otro punto, mediante un haz puntual desde los servicios de comunicaciones radio a bordo de cada uno de los satélites. El empleo de este concepto de haz puntual, que se ha discutido durante años en la industria del satélite, permite altas capacidades de reutilización de las frecuencias que no se habían logrado antes. Iridium pretendía proporcionar los servicios resaltados en la Tabla 2.7. El concepto es sólido y el planteamiento proporciona la cobertura que faltaba en el pasado a las zonas remotas. En la Tabla, las dos columnas son excluyentes entre sí. Los servicios se pueden proporcionar en cualquiera de las zonas de cobertura sin tener en cuenta el servicio seleccionado. Cada uno de los satélites es relativamente pequeño respecto a otros que se habían utilizado con anterioridad. Los dispositivos electrónicos dentro de cada satélite son muy sofisticados y los controladores pasarela en la Tierra proporcionan los servicios de mando y control que administran toda la red. Con la red Iridium, las comunicaciones celulares se expanden proporcionando cobertura en zonas donde los emplazamientos resultarían inviables. La Tabla 2.8 resume una comparación de las características del concepto celular frente al concepto de Iridium. La Figura 2.14 muestra el concepto del acuerdo LEO. En este caso particular, los satélites están atravesando la superficie de la Tierra a una altura por encima de 400 millas náuticas sobre la Tierra en una órbita polar. En esta órbita, el satélite se mueve alrededor de los polos de la Tierra y pasa con rapidez sobre cualquier punto determinado a lo largo de su camino. Los

Tabla 2.7. Servicios y cobertura a través de la red de Iridium Tipo de servicio Zonas de cobertura Comunicaciones de voz Aire Comunicaciones de datos Rediobúsqueda

Tierra Agua

Servicios de radiodeterminación

Tabla 2.8.

Resumen de los emplazamientos celulares frente a las células de Iridium

Redes celulares

Red Iridium

Los emplazamientos están fijos

Los emplazamientos son los elementos que se mueven.

Los usuarios se desplazan de un emplazamiento

El usuario permanece en el mismo sitio, los emplazamientos trasladan al usuario de un satélite a otro.

Las zonas de cobertura se extienden desde 3 millas hasta 5 millas

Las zonas de cobertura abarcan 185-1-100 + millas

Cobertura esporádica, no omnipresente

Cobertura mundial

9

1 milla náutica = 1,852 km. (N. del T.) El concepto original empleaba 7 órbitas polares con 11 satélites en cada una. Lo que proporcionaría una cobertura mundial, muy similar al concepto del gajo de una naranja. 10

Sistemas y tecnologías radio

420 N Millas

63

420 N Millas

Figura 2.14.

El concepto LEO.

satélites se mueven aproximadamente a una velocidad de + 7.400 metros por segundo en diferentes órbitas. Por tanto, a medida que un blanco queda fuera de la vista del satélite, entra uno nuevo aproximadamente al mismo tiempo. Tendrá lugar un traspaso de la comunicación entre los satélites individuales (utilizando la banda Ka). La Figura 2.15 representa los servicios de control y telemetría terrestres, denominados enlaces de alimentación de la pasarela (gateway feeder links). Estos también utilizan el espectro en la banda Ka. Iridium utilizaba un ancho de banda de aproximadamente 16,5 MHz en la banda L. La banda L también se utiliza para las comunicaciones desde el terminal portátil (de mano) al satélite, mientras que la banda Ka es para las comunicaciones de satélite a satélite, como se muestra en la Figura 2.16. La banda L permite disponer de terminales portátiles de baja potencia que se comunican con satélites situados a una distancia de 413 millas náuticas.

Figura 2.15.

Estación terrena de telemetría y control.

64

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Figura 2.16.

Intercomunicaciones entre satélites de la banda Ka.

Beneficios que ofrecen estos servicios En general, estos servicios se dirigen y se mantienen en el contexto de alguna red LEO. Los beneficios se inclinan hacia el usuario final, como se muestra en la siguiente l is t a: ■ Servicios omnipresentes. Con cobertura mundial y continua, pueden suceder cualquiera de las conexiones. Mientras los usuarios viajan por la nación o al extranjero, el servicio viaja con ellos. Eliminará la necesidad de tener acuerdos para conseguir accesos y números especiales que se deban marcar. El usuario nunca debería estar fuera del a l cance de su red. Las zonas remotas con demandas de servicios y con fondos limitados ahora tienen la capacidad de conectarse a cualquier s i t io del mundo. ■ Eficiencia espectral. Como se mencionó antes, los patrones de la reutili/acion de frecuencias para la asignación del ancho de banda serán importantes. Ningún otro sistema por satélite ha logrado estas lasas de reutilización. Iridium fue el primero en pretender obtener esta eficiencia. La parte RDSS (servicio de satélite de radiodelerminaeión) de la red I r i d i u m esta contenida en el mismo acuerdo espectral, liberando hasta 16.5 MHz de espectro. E.ste hecho es un salto cuantitativo en el uso eficiente del espectro. ■ Beneficios públicos debido a un diseño flexible. La tecnología digital desplegada permite la conexión total para iodos los servicios de voz y datos durante los 7 dias de la semana y la s 24 horas de! día. Esta disponibilidad proporciona flexibilidad al s e r v i c i o que se suministra. La órbita baja supera algunas de las limitaciones de los sistemas de transpone de órbitas más altas, tales como el retardo cu la transmisión del v i a j e de ida y vuelta, Como los satélites están bajos, el equipo de usuario necesita un dispositivo de potencia de salida mas baja. Esta órbita so ha seleccionada por ser la más flexible. ■ El potencial para saivar vidus. ¿Con que frecuencia l o s medios de eomunicicioi: publicaban historias de gente desamparada en zonas remotas s i n sistemas de supervive nc ia y que. por tanta, morían? Ho y en día. la prensa está l l e na de h is t o nas de usuarios de comunicaciones c e l u l a r o y d e PCS que notificar, las incidencias Si aquella:

Sistemas v tecnologías radio

65

gente hubiese tenido un medio para avisar y pedir auxilio, sus vidas se podrían haber salvado. ■ Capacidades del proveedor. Motorola afirma que son los únicos cualificados para proporcionar esta forma de servicio debido a su experiencia en el desarrollo y en las ventas de otro equipo auxiliar que opera en el mundo inalámbrico. En concreto, ellos han sido uno de los principales participantes en la producción, investigación y desarrollo de los servicios de radiotelefonía móviles privados. ■ El despliegue de LEO fomenta las comunicaciones internacionales. Las redes LEO proporcionan servicios de transmisión digital modernos en lejanas zonas del mundo. La FCC y el gobierno de Estados Unidos están intentando utilizar las telecomunicacio nes como una herramienta estratégica y económica para fomentar el desarrollo en estas áreas. Sus metas son: — El fomento del flujo de información en el ámbito mundial. — El desarrollo de servicios de comunicaciones internacionales innovadores, eficientes y rentables que satisfagan las necesidades de los usuarios en apoyo del desarrollo del comercio y de la industria. — El desarrollo continuo y la evolución de un servicio de comunicaciones y de una red que puedan satisfacer las necesidades de todas las naciones, en concreto de aquellas en desarrollo. Estas metas pueden lograrse con una red de comunicaciones móviles tal como la propuesta en las redes LEO. Una alternativa es el estándar GSM que está emergiendo en todo el ámbito internacional. Los satélites LEO están distanciados 32,7 grados, viajan en la misma dirección en torno a 16.700 millas por hora 11 de norte a sur y 900 millas por hora hacia el oeste sobre el ecuador. Dado este trayecto, cada satélite se diseña para que una vuelta alrededor de la Tierra dure aproximadamente 100 minutos. En el ecuador, un único dispositivo proporcionará la cobertura. Sin embargo, a medida que se mueva hacia los polos, se producirá un solapamiento que incrementa los niveles de cobertura por encima y por debajo del ecuador. El ciclo de vida de los satélites se sitúa en cinco años. Los bloques básicos de construcción del sistema iridium original proporcionaban el modelo para otras redes tales como el sistema Globalstar. En cada caso, los sistemas utilizan tecnologías probadas para la transmisión radiocléctrica en bandas de frecuencias establecidas. El sistema básico está compuesto de lo siguiente: ■ El segmento de espacio formado por el movimiento constante de la constelación de satélites en una órbita baja. ■ Un segmento de pasarela formado por dispositivos de la estación terrena en lodo el mundo. ■ Un dispositivo para el sistema de control centralizado, ■ Un segmento de lanzamiento para colocar la embarcación en la órbita apropiada. ■ Una unidad de abonado para proporcionar los servicios al usuario final. En el año 2000, iridium Inc. presentó la bancarrota porque los precios para los equipos y los servicios eran demasiado altos. Motorola buscaba un pretendiente, y en 2001 Iridium LLC. una nueva compañía, surgió. Esta alianza protegió al sistema e impidió la destrucción de la red. Ci'obalstar sufrió problemas financieros similares.

11

1 mil l a/ h = 0 ,4 4 7 m/ s ( N d el T)

66

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

SISTEMA DE POSICIONAMIENTO GLOBAL El Sistema de Posicionamiento Global (GPS, Global Positioning System) fue desarrollado por los militares de Estados Unidos, pero se utilizó para proporcionar información de la posición en aplicaciones comerciales e incluso de ocio. El sistema GPS consiste en un brazalete de satélites que transmiten información sobre su posición relativa a la Tierra y una información muy precisa del momento. Un pequeño receptor en un vehículo puede determinar su posición en la superficie de la Tierra mediante la recepción de señales de al menos 3 satélites. Con tres satélites, la posición se puede determinar en dos dimensiones, pero con la recepción de cuatro o más señales, también puede medirse la altitud. En campo abierto, un receptor puede recibir normalmente información de cinco satélites. El receptor puede calcular la información de la posición al conocer la distancia que toma la señal radioeléctrica para alcanzarle desde cada satélite (y de este modo, su distancia) y la posición de cada satélite en el espacio. Los militares de Estados Unidos han construido un mecanismo de error aleatorio de forma que otros usuarios no puedan conseguir la misma precisión que los usuarios oficiales, quienes acceden a la información GPS en un canal radio encriptado aparte. El equipo del sistema GPS se ha desarrollado con un elevado nivel de miniaturización y robustez, y puede ser transportado por gente que pasea en zonas remotas o por marineros en pequeñas embarcaciones. El coste de estos dispositivos ha disminuido hasta el punto de que no resultan más caros que un sistema de vídeo VCR de buena calidad.

Satélites de emisión directa Los sistemas de satélites que están más familiarizados con nosotros son los Servicios de difusión directa por satélite (DBS, Direct Broadcast Satellite). Estos sistemas pueden transportar cientos de canales de televisión además de otros servicios. Los satélites DBS normalmente se encuentran en la órbita geoestacionaria, lo que les hace parecer que están quietos en una posición del cielo todo el tiempo. Esta situación se consigue colocándolos en una órbita cuyo período es idéntico al de la rotación de la Tierra. La altitud requerida para una órbita circular geoestacionaria es de 35.803 km.

Satélites de comunicación Los sistemas de satélites de comunicación se utilizan para acceder a los lugares más lejanos del mundo, así como para proporcionar telefonía intercontinental, televisión y enlaces de datos. Los servicios intercontinentales se proporcionan mediante estaciones terrenas fijas en cada continente y forman parte de la red de telecomunicación internacional. Los operadores de los servicios por satélite privados tales como Inmarsat y Eutelsat proporcionan servicios de comunicación a estaciones terrenas móviles. Estos servicios incluyen información de televisión y voz desde posiciones remotas así como servicios de datos. Las empresas como IBM pueden ofrecer servicios de comunicaciones por satélite para el enlace ascendente y descendente al proporcionar un acceso a la comunicación por satélite sin la necesidad para el cliente de invertir en sus propias estaciones terrenas.

OTRAS APLICACIONES COMERCIALES La posibilidad de acceder estratégicamente a importantes aplicaciones es vital para muchas empresas. Existe la necesidad de ampliar las comunicaciones más allá de las líneas terrestres.

Sistemas y tecnologías radio

67

El tiempo es un componente crítico. Por ejemplo, un servicio de entrega de paquetes debe ser capaz de redirigir las furgonetas de reparto en el momento que hay un aviso. Muchas aplicaciones inalámbricas ya están en funcionamiento: ■ Estaciones de televisión y radio. ■ Enlaces de telecomunicación. ■ Algunas empresas de servicio público ahora pueden leer medidas de gas o de electricidad de manera remota desde unos vehículos aparcados fuera de la casa, en la calle. ■ Comunicaciones por satélite: — — — — ■ ■ ■ ■

Enlaces de voz. Enlaces de datos. Difusión de vídeo. Comunicaciones para flotas de taxi.

Comunicaciones de vehículos militares. Equipos de vigilancia. Conexiones de ratón/teclado inalámbricas para el PC. Redes de área local inalámbricas (LAN).

Las comunicaciones de datos inalámbricas han estado a nuestro alrededor durante mucho tiempo. Cuando en este libro se habla sobre «inalámbrico», significa sin ataduras (sin cables), y cuando se habla de datos, significa cualquier método de comunicación distinto del habla. El término «radio o radioeléctrico» significa radiofrecuencia (RF), mientras que inalámbrico incluye a las tecnologías RF, por infrarrojos, ultrasónicas y otras. Las comunicaciones inalámbricas provocarán un impacto significativo en la industria de la tecnología de la información en los próximos años y como resultado evolucionarán muchas aplicaciones nuevas. Algunas de las principales aplicaciones de la tecnología inalámbrica son: Primitivos sistemas de comunicación de voz.        

Teléfonos celulares analógicos. Teléfonos celulares digitales. Teléfonos inalámbricos. Servicios de radiobúsqueda. Sistemas de radiotelefonía móvil privada (PMR y PAMR). Servicios de datos móviles. Comunicaciones por satélite. Otras aplicaciones domésticas y comerciales.

Capítulo 3 TÉCNICAS DE ACCESO PARA LOS SISTEMAS RADIO

Algunas personas dicen que conseguir el acceso es la mavor parte del trabajo. Lo mismo ocurre en cuanto al modo de preparar los datos o la voz para la transmisión. Existen diversas técnicas para preparar la información, que incluyen métodos de modulación y de acceso. Además, las capacidades de un canal simples o dúplex desempeñan un papel importante en la estructura total de las redes inalámbricas. Mientras que en el mundo de la telefonía un canal de voz se prepara de manera automática para que sea totalmente dúplex (incluso aunque sólo se utilice para un modo de explotación semidúplex), en el mundo radioeléctrico es distinto. Esas diferencias se analizarán en este Capítulo, pero no desde el punto de vista de seleccionar al método mejor o al peor, sino desde la perspectiva de mostrar las opciones disponibles.

ACCESO MÚLTIPLE POR DIVISIÓN DE FRECUENCIA (FDMA) Los sistemas estándares de radiocomunicaciones celulares analógicas utilizan el Acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA, Frequency División Múltiple Access). A cada usuario se le asigna una parte discreta del espectro de radiofrecuencias o espectro RF. En consecuencia, sólo se admite un usuario por canal porque tiene la posibilidad de ocupar el canal el 100 por 100 del tiempo. Como se muestra en la Figura 3.1, los segmentos de frecuencias varían según el estándar que se utilice. FDMA utiliza todo el canal de 30 KHz para cada llamada telefónica, lo cual es un derroche obvio. Esta técnica analógica, se puede mejorar un poco utilizando la misma frecuencia en un método denominado Dúplex por división de tiempo (TDD, Time División Dúplex). Ese método utiliza un canal y crea intervalos de tiempo. La conversación fluye de A hacia B y luego de B hacia A. El uso de este canal es algo más eficiente. Sin embargo, cuando no se envia nada, el canal queda sin utilizar. Puesto que la transmisión digital introduce mejores esquemas de multiplexación, los operadores desean conseguir más usuarios en un espectro de radiofrecuencias saturado. Véase en la Figura 3.2 una disposición de la arquitectura FDMA. Se pueden abordar algunas posibilidades adicionales para mejorar la seguridad y reducir el fraude con los servicios celulares digitales y los servicios de comunicaciones personales (PCS, Personal Communications Services). De nuevo, esta circunstancia aparenta ser para el operador una situación sin perdedores: ■ ■ ■ ■

Menos costes. Más usuarios. Mejor seguridad. Menos fraude.

Resulta obvio que los operadores dieran la bienvenida a algunos de estos temas. 71

72

Comunicaciones inalámbricas de banda uncha

Frecuencia

Figura 3.1. Los canales FDMA permiten un usuario por cada canal de banda estrecha.

Una ve/, tomada la decisión de considerar la transmisión digital, el principal problema era saber cómo o con qué medios y el modo de migrar s i n problemas la base de clientes existentes a la tecnología digital. L.as técnicas digitales disponibles para los operadores son: ■ Acceso múltiple por división ele frecuencia (TDMA, Time División Múltiple Access). ■ TDMA extendido (ETDMA. Extended TDMA) (o ampliación de TDMA). ■ Acceso múltiple por división de código (CDMA, Code División Mnltiple Access).

Figura 3.2.

Intervalos de tiempo en FDMA

Técnicas de acceso para los sistemas radio

73

■ Sistema global para comunicaciones móviles (GSM, Global System for Mobile Communications) (utiliza una variante de TDMA). ■ AMPS de banda estrecha (N-AMPS, Narrowband-AMPS). Los operadores y fabricantes están utilizando cada uno de estos sistemas. Los medios de implementación de cada uno de ellos han provocado varias discusiones respecto a los beneficios y a las pérdidas que suponen cada opción.

EVOLUCIÓN DIGITAL DE LA COMUNICACIÓN CELULAR Mientras que el espectro radioeléctrico de las comunicaciones celulares y PCS está cada vez más congestionado, en Norteamérica los dos planteamientos principales utilizan variantes de: ■ TDMA. ■ CDMA. Cada migración al entorno digital requiere un equipamiento nuevo, lo que implica inversiones de capital para los operadores de PCS. Además, como compiten por el espectro de radiofrecuencias, estos operadores tienen que hacer significativas inversiones durante la subasta de licencias de la Comisión federal de comunicaciones (FCC, Federal Communications Comission). Este hecho coloca una carga financiera inmensa sobre estos operadores antes de que incluso comiencen la construcción de sus redes.

ACCESO MÚLTIPLE POR DIVISIÓN DE TIEMPO (TDMA) TDMA utiliza un esquema de multiplexación por división de tiempo en el que los segmentos de tiempo se asignan a múltiples conversaciones. Diversos usuarios comparten un único radiocanal de 30 KHz sin interferirse entre ellos porque están separados por intervalos de tiempo fijos, como se muestra en la Figura 3.3. La evolución de TDMA para conseguir una fiabilidad elevada y una ocupación más densa del espectro ha sido bastante rápida. La Figura 3.4 representa la evolución respecto al tiempo de los diversos estándares de TDMA. La norma actual para TDMA divide un único canal en seis intervalos de tiempo y asigna dos intervalos por conversación de modo que hasta tres conversaciones distintas pueden utilizar los intervalos del canal. Esta técnica triplica el número de usuarios en el mismo espectro de Frecuencia

Figura 3.3.

El estándar IS-54 de TDMA comparte el canal entre tres usuarios.

74

Comunicaciones inalámbricas de hunda ancha

radiofrecuencias. La industria estaba buscando un incremento de capacidad del orden de diez, pero TDMA en el estado actual sólo producía un incremento del orden de tres. Aunque TDMA se ocupa de la conversión analógico-digital mediante una técnica típica de modulación por impulsos codificados (PCM, Pulse Code Modulation), ésta funciona de un modo diferente en la transmisión radioeléctrica. La modulación PCM se traduce a una técnica de modulación cuaternaria de Jase (quadrature phase-shift keying), que produce un desplazamiento de fase de cuatro estados, lo cual duplica la tasa de datos (o velocidad) de la transmisión. El proceso habitual que establece los intervalos de tiempo para TDMA se muestra en la Figura 3.5. La industria de las comunicaciones inalámbricas comenzó el despliegue de la técnica TDMA a principios de los años noventa, cuando el problema de la escasez del espectro de radiofrecuencias se hacía más evidente. TDMA incrementa exactamente por tres el número de usuarios en RF. Este incremento fue suficiente para conseguir poner en marcha con rapidez a los operadores y para sostener los costes a un nivel razonable. Sin embargo, a medida que se utilizan mejores técnicas de PCS tales como las microcélulas y las picocélulas, el número de usuarios en el mismo espectro RF puede crecer tanto como un incremento del orden de 40. Cualquiera puede darse cuenta de por qué TDMA es tan popular. TDMA tiene otra ventaja sobre las técnicas analógicas anteriores (FDMA). Mientras que la transmisión analógica a través de la banda de frecuencias (en Norteamérica es la banda de 800 MHz, en casi todo el mundo es la de 900 MHz) soporta un servicio primario, que es la voz,

Figura 3.5. TDMA para los servicios PCS.

Técnicas de acceso para los sistemas radio

75

la arquitectura TDMA utiliza una entrada de datos PCM al espectro RF. Por lo tanto, TDMA también soporta servicios digitales para datos a 64 Kbps. La tasa de datos puede transmitir desde 64 Kbps hasta cientos de megabits/segundo (120 Mbps). TDMA gusta a los operadores por su capacidad para añadir datos y voz a través del espectro RF y por el coste asociado a la migración analógico-digital. Esta es una atractiva oportunidad para los operadores que están desarrollando las comunicaciones celulares y PCS con los estándares de la industria. Dos estándares que en la actualidad están en uso son el sistema IS-54, que representa la primera evolución hacia TDMA desde FDMA, y el sistema 1S-136, que es la tecnología última y la mejor para el servicio TDMA de 800-900 MHz y 1.900 MHz. Cuando se presentó el sistema IS-136, también se introdujeron los datos y otros servicios. Entre ellos el Servicio de mensajes cortos (SMS, Short Message Service), la identificación de la llamada en pantalla, la transmisión de datos y otros servicios. Con el planteamiento de TDMA, los operadores creen que pueden satisfacer las necesidades de integración de la voz, los datos y el vídeo del futuro. TDMA es la base de la arquitectura del estándar GSM en Europa y del estándar de Japón. Aunque sea TDMA, el sistema GSM utiliza un formato de trama diferente, que se muestra en la Figura 3.6.

TDMA IS-136 La motivación de los propietarios del espectro para hacer planes de agotar las tecnologías celulares de segunda generación en las bandas PCS en los EE.UU. asume muchas consideraciones. Sin embargo, la segunda generación de los sistemas celulares necesitará algunas mejoras significativas. La evolución hacia la tecnología IS-136 de TDMA permitirá acentuar y lanzar las características y las capacidades de las comunicaciones de datos que aguardan los usuarios. Muchas comunicaciones mejoradas de voz y modos de operación en edificios se vuelven habituales con el uso de la nueva transmisión digital celular. Las transmisiones de paquetes de datos de alta velocidad están también en el horizonte de TDMA con las implementaciones de la norma IS-136. El estándar IS-136 crea la oportunidad de integrar sin interrupciones el acceso inalámbrico macrocelular y el de interiores mientras se utiliza un terminal de bajo coste, basado por completo en canales totalmente dúplex por división en frecuencia de 30 KHz. El estándar IS-136 incluye medidas para la identificación de los sistemas privados y para la integración de los accesos inalámbricos públicos y privados. Puesto que IS-136 está basado en un sistema comercial con cientos de canales de banda estrecha de 30 KHz, los proyectos que toman prestados canales de un sistema público para el funcionamiento de un sistema privado de baja potencia en interiores pueden funcionar bien. Los sistemas privados pueden tomar prestados pequeños segmentos del espectro y, en general, pueden encontrar bastante espectro mientras operan dentro de un sistema macrocelular. Los estudios sobre estaciones base personales (PBS, Personal Base Station) que operan dentro de un sistema macrocelular utilizando un espectro compartido

Figura 3.6.

Distribución de los intervalos de tiempo GSM/TDMA.

76

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Figura 3.7.

La trama TDMA del estándar IS-136.

han demostrado que pueden soportarse densidades de usuarios tan altas como del orden de 300 PBS a 1.250 PBS por milla cuadrada . 1 El formato de la trama TDMA del sistema IS-136 se muestra en la Figura 3.7, según la cual se utilizará una trama de 40 ms para crear un canal de datos y posiblemente proporcionar una interfaz aire a 48,6 Kbps por ahora.

Capacidades que proporciona TDMA TDMA hace posible la transición s i n interrupciones entre sistemas privados y públicos donde existe la necesidad de interconexión entre sistemas de diversos operadores y el sistema independiente (privado) de una instalación. También es posible facturar al abonado en función de la utilización que éste realiza del sistema público y privado. Es posible proporcionar una visualización alfanumérica del sistema en servicio en el terminal del usuario para que éste pueda distinguir cómo y dónde utilizar el sistema. La tecnología TDMA comienza a ser una tecnología subyacente y una capacidad de soporte para el funcionamiento de sistemas privados o semiprivados. También es posible definir múltiples sistemas privados de un único canal digital de control (DCCH, Digital Control Channel). El canal digital de control puede soportar ambos servicios del canal de control ascendente y descendente, como se muestra en la Figura 3.8. Las funciones necesarias del canal de control se muestran en esa Figura. Para profundizar aún más en la trama y en los canales de control, la Figura 3.9 proporciona un ejemplo de los canales digitales de control ascendente y descendente, que utilizan diversos campos para datos e información de control y señalización. Estos últimos crean subeampos para transportar otros elementos de información.

Mejoras en la calidad de voz con la tecnología TDMA de IS-136 Una posibilidad para mejorar la calidad de voz de la tecnología IS-136 consiste en mejorar el funcionamiento de los codificadores de voz a 8 Kbps. El estándar de codificación de voz ACELP del

1

1 milla cuadrada = 2.590 knr. (N. del T.)

Técnicas de acceso para los sistemas radio

77

IS-641 proporciona una mejora significativa sobre el codificador de voz inicial VSELP de 8 Kbps utilizado con TDMA. Sin embargo, los retardos de la transmisión continúan siendo significativos por lo que los codificadores del IS-641 en támdem dan como resultado un comportamiento degradado. Otro esquema que mejora la calidad de voz de la tecnología IS-136 es la asignación de múltiples intervalos de tiempo a usuarios individuales para que soporten codificadores de voz a 16 Kbps (dos de tres intervalos para un canal de frecuencias). Por desgracia, esto tiene un impacto sustancial en la capacidad; influye económicamente en la capacidad del terminal para poder realizar las medidas de potencia de señal requeridas para el proceso del traspaso asistido por el móvil. También exige terminales que incluyan un duplexor. Un tercer planteamiento que aumenta la calidad de la voz de la tecnología IS-136 es la introducción de las modulaciones 8-PSK y 16-QAM con codificación de canal eficiente y la introducción de las técnicas de diversidad que proporcionan suficiente robustez ante la presencia de inconvenientes en la transmisión. Esta posibilidad podría permitir la presencia de un codificador de voz de alta velocidad mientras se mantienen los tres canales de tráfico existentes por cada portadora de IS-136. La estructura de 20 ms de la trama se podría mantener mientras que la eliminación del entrelazado entre ráfagas reduce el retardo de la transmisión.

Figura 3.9. Formato de los canales de control de la trama TDMA.

78

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Servicios de ciatos actualmente disponibles con TDMA TDMA proporciona acceso para fax y datos por conmutación de circuitos a 9,6 Kbps basado en los estándares IS-130 e IS-135. La mejora de las tasas de datos será importante en el futuro, en particular para navegar por Internet o por Intranets corporativas. Actualmente, las comunicaciones de datos siempre despiertan el interés del consumidor medio. En parte, este interés se debe a la escasez de comunicaciones de datos de alta velocidad que tuvo lugar en el pasado. La mejora de la velocidad de acceso exigirá condiciones adicionales a los estándares existentes. El primer paso probablemente sea disponer de un modo de operación que utilice varios intervalos de tiempo (multi-slot) para que pueda soportar tasas de hasta 28,8 Kbps. Un segundo paso sería introducir el acceso de paquetes sobre el aire para TDMA, además del modo de acceso por conmutación de circuitos. Un siguiente paso sería introducir las modulaciones 8-PSK y/o 16-QAM para soportar tasas de datos de hasta 57,6 Kbps. Incluso son posibles tasas de bits superiores debidas a la diversidad en transmisión y en recepción. El acceso inalámbrico a Internet es probable que proceda de usuarios estacionarios pero provistos de ordenadores portátiles o Asistentes personales digitales (PDA, Personal Digital Assistants). Bajo esas condiciones, una simple preselección de diversidad, como la propuesta para el servicio de voz de alta calidad para móviles que se mueven lentamente (peatones), podría mejorar significativamente el funcionamiento del enlace descendente porque las velocidades del desvanecimiento serán lentas. Sin embargo, TDMA proporciona la capacidad de llevar las transmisiones de datos y el tráfico del facsímil (fax) a la vanguardia. De hecho, las siguientes características de las comunicaciones de datos se hacen realidad con TDMA: ■ Entrega de faxes impecables en tiempo real a dos páginas por minuto. ■ Transferencias de ficheros que alcanzan hasta 115.200 bps con canal de triple velocidad y compresión (según los datos). ■ Transmisiones de datos de máxima velocidad que alcanzan hasta 9,6 Kbps sin compresión o 38,4 Kbps comprimidos. ■ Detección y corrección de errores, compresión y encriptación de datos. ■ Nos es necesario un aparato especial de fax o módem de cable en el lado de la red fija. ■ Apariencia del teléfono similar a la de un módem cable para fax/datos. ■ Los futuros unimódems de Windows también tendrán algún soporte incorporado para las comunicaciones de datos TDMA. ■ Compatibilidad con el software existente.

Asignación automática y dinámica de canal para IS-136 La mayoría de los sistemas TDMA están basados en la Asignación fija de canal (FCA, Fixed Channel Assignment) convencional. Las expectativas se encuentran en los emergentes sistemas inalámbricos de oficinas, en las estaciones base personales y en los sistemas microcelulares. Se ha realizado mucho trabajo para estudiar el uso de la asignación automática de canal (ACÁ, Automatic Channel Assignment) y de la asignación dinámica de canal (DCA Dvnamic Channel Assignment) en los sistemas AMPS, TDMA y otros sistemas celulares. La asignación DCA se ha tenido en cuenta en los sistemas móviles desde los primeros días en que se empezó a investigar en telefonía celular. Los motivos de esa consideración son la eficiencia espectral, el tratamiento de los puntos singulares o puntos de máxima concentración (hot spots) y la disminución de la planificación manual de la frecuencia. El uso de amplificadores y combinadores por cada portadora en las estaciones base ha sido un gran

Técnicas de acceso para los sistemas radio

79

impedimento para la introducción de la asignación DCA en los sistemas celulares. Otros impedimentos son las dificultades de su implementación en sistemas muy grandes, su funcionamiento en condiciones de alta carga y los desafíos en la evolución de FCA hacia DCA. No obstante, algunos factores sugieren que DCA llegará a ser una capacidad fundamental para los sistemas TDMA: ■ Aparición de sistemas celulares jerárquicos. ■ Desarrollo y despliegue de combinadores de cavidad sintonizados automáticamente y amplificadores de multiportadora. ■ Experiencia adquirida de los primeros adaptadores utilizados en las técnicas de asignación DCA. TDMA utiliza canales de 30 KHz. Esto hace que TDMA, en particular, resulte idóneo para las asignaciones dinámicas de canal en microcélulas, estaciones base personales y sistemas de oficina inalámbricos en un entorno macrocelular que utiliza FCA o DCA. Con canales de 30 KHz, las microcélulas y los sistemas de interiores que están descoordinados o vagamente coordinados con un sistema macrocelular pueden asignar canales en pequeños incrementos. En concreto resulta útil para la coexistencia de un gran número de sistemas que se solapan o están muy próximos y que están descoordinados salvo por los acuerdos de asignación de frecuencias. Las macrocélulas normalmente transmiten con mucha más potencia que las microcélulas, así las microcélulas pueden medir enseguida las señales de las macrocélulas próximas para la asignación ACÁ; sin embargo, las macrocélulas no pueden medir fácilmente las señales de las microcélulas cercanas, por lo que las macrocélulas deben depender de las reglas que se establezcan o de las bases de datos en lugar de las medidas para evitar interferir con las microcélulas al hacer nuevas asignaciones de canal.

Evolución microcelular de IS-136 En la actualidad, las microcélulas comparten gran parte de su arquitectura con las macrocélulas. En el futuro, las microcélulas TDMA estarán más optimizadas para el funcionamiento de las células pequeñas basándose en algunas tendencias que incluyen los siguientes factores: Centralización de la funcionalidad. Miniaturización física de los componentes y las antenas. Reducciones significativas de potencia. Interconectividad entre sistemas y en ellos mismos. Tendido de línea para picocélulas. Asignación automática de canal. La optimización de las microcélulas para el funcionamiento de células pequeñas hará que el despliegue de TDMA sea más rentable y flexible en zonas con alta densidad de población y en entornos de interiores donde pueda desplegarse un sistema privado. El servicio TI sobre los convencionales bucles de cobre sin carga a una distancia de 12.000 pies2 está bajando con rapidez hasta precios más razonables. Esta caída de costes facilitará un servicio de clase inferior de la red de retroceso (hackhaul) para las microcélulas. El empleo de canales PCM de 64 Kbps en la microcélula proporciona una alternativa robusta a muchos de los obstáculos que existen hoy en día. 2

1 pie = 12 pulgadas = 0,3048 m. (N. del T.)

80

Comunicaciones inalámbricas ele banda ancha

Futuro acceso inalámbrico de alta velocidad para los paquetes de datos mediante EDGE El acceso a los servicios de información y de navegación por la Web, que han provocado la reciente explosión del uso de Internet, es muy asimétrico en cuanto a los requisitos de la transmisión. Sólo el trayecto de transmisión hacia el abonado exige ser de alta velocidad para muchas aplicaciones. Muchos otros servicios proporcionados por Internet también pueden facilitarse a través de enlaces ascendentes con tasas de bits bajas a moderadas. Sin embargo, la transferencia de un fichero grande es el ejemplo de una aplicación que saca provecho de los sistemas simétricos de datos de alta velocidad. El Consorcio de las Comunicaciones Universales Inalámbricas (UWCC, Universal Wireless Communications Consortium) ha adoptado la tecnología de Tasas de datos mejoradas para la evolución de GSM (EDGE, Enhanced Data Rutes for GSM Evolution) basada en una mejora de la tecnología de paquetes de datos de GSM con una modulación adaptada para soportar el acceso de paquetes de datos a velocidades de hasta 384 Kbps. Este sistema se adaptará entre la modulación GMSK. y 8-PSK con hasta ocho tasas de codificación de canal diferentes para soportar comunicaciones de paquetes de datos de alta velocidad en canales de baja interferencia/ruido y de baja velocidad en canales con alta interferencia/ruido. EDGE puede emplear un modelo de reutilización de frecuencias convencional 4/12 al igual que GSM. Sin embargo, también se propone el modelo de reutilización 1/3 para el arranque i ni ci al con sólo 2 x 1 MHz de espectro. El desafío para el modelo de reutilización 1/3 es el modo de operación de los canales de control que requieren un funcionamiento robusto. La sincronización de las estructuras de trama de los transceptores de las estaciones base de toda la red y la rcutilización del tiempo pueden conseguir una protección adecuada para los canales de control. Se propone la red de Servicios generales de radiocomunicaciones por paquetes (GPRS, General Packet Radio Services) para el soporte del acceso de paquetes de datos inalámbricos basados en EDGE. UWC-136 se diseñó como tecnología candidata para la transmisión radio que reúne los requisitos de la ITU-R para IMT-2000. UWC-136 mantiene la filosofía de evolución de la comunidad TDMA desde los sistemas de primera generación hasta los de tercera generación mientras aborda determinados deseos y objetivos de la comunidad TDMA para un sistema de tercera generación. El comité TR45.3 cree que UWC-136 es un atractivo y potente paso evolucionario de IS-136. La tecnología presentada suministra futuros servicios 1MTS a los operadores existentes, así como a nuevos operadores con características, servicios y tecnología competitivas. Además, la tecnología proporciona en todo el mundo estas mismas características y servicios, pero en otras bandas, donde se ha concedido la aprobación de los organismos reguladores para ofrecer tales servicios, principalmente en las bandas de 450 MHz. 800 MHz y 1.900 MHz. UWC-136 satisface los objetivos de IMT-2000 a través de la mejora de modulación de los 136 canales existentes de 30 KHz ( IS -1 36 +) y define como complemento portadoras TDMA de mayor ancho de banda ( IS -13 6 HS) para abordar los servicios que no son posibles en las portadoras de 30 K.Hz. Juntos, el sistema existente desplegado (IS-136), las 136 portadoras mejoradas de 30 KHz ( IS - 1 3 6 + ) y las portadoras TDMA de banda ancha complementarias para abordar el aspecto de la alta velocidad (IS-136 HS, High Speed) de IMT-2000 son referidos como UWC-136. Es importante darse cuenta de que las tecnologías presentadas como UWC-136 para IMT-2000 son independientes de la banda y pueden ser desplegadas por operadores ya establecidos o nuevos. TR45.3 no está de acuerdo con la creencia común acerca de la limitación de IMT-2000 a una banda RF específica; más bien cree que es un servicio independiente de las bandas en las que se despliegue.

Técnicas de acceso para los sistemas radio

81

Consideraciones adicionales de IS-136 HS La interfaz aire de IS-136 HS se desarrolló para satisfacer los requisitos de una tecnología de transmisión radio de IMT-2000, con factores adicionales para tener en cuenta una posible evolución y despliegue comcrcialmente rentables en las redes actuales de IS-136. Tales consideraciones incluyen la asignación flexible del espectro, la eficiencia espectral, la compatibilidad con IS-136 e IS-136+ y el soporte del funcionamiento macrocelular a velocidades móviles superiores. Varios de estos requisitos están por encima y van más allá de los requisitos establecidos por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU, internacional Telecommunications Union) para IMT-2000, los cuales son cruciales para los operadores de IS136. La evolución del estándar IS-136 hacia aplicaciones de mayor ancho de banda se muestra en la Figura 3.10.

TDMA extendido Los organismos de normalización y los fabricantes sugieren variaciones en el uso del espectro de frecuencias. En el pasado, TDMA se ha tratado y asentado bastante bien. No obstante, los fabricantes han desarrollado un acceso TDMA extendido (ETDMA) (o ampliación de TDMA), que permitirá un uso más eficiente del sistema. TDMA encontrará un incremento en el uso espectral del orden de tres a cinco veces, mientras que para ETDMA será del orden de 10 a 15 veces. El concepto propone la utilización de una técnica de interpolación digital de la voz (DSI, Digital Speech Interpolaron), que reasigna los tiempos de silencio a la voz normal, de ese modo asigna más conversaciones a unos pocos canales, ganándose un incremento del orden de 15 veces sobre un canal analógico. Esta técnica es una forma de multiplexación estadística por división de tiempo. Cuando un dispositivo no tiene nada que enviar no se introduce nada en su memoria (buffer). Después, el resultado del muestreo pasa a un dispositivo con una memoria vacía. Los intervalos de tiempo se asignan dinámicamente según la necesidad, en lugar de seguir una arquitectura de intervalos de tiempo fijos. Sin embargo, los organismos de normalización y los fabricantes proponen variaciones en el uso del espectro de frecuencias. La Figura 3.11 proporciona un ejemplo de la técnica ETDMA.

82

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Figura 3.11.

ETDMA utiliza una forma de multiplexación estadística por división en el tiempo.

ACCESO MÚLTIPLE POR DIVISIÓN DE CÓDIGO (CDMA) CDMA supone un cambio radical de las técnicas inalámbricas originales FDMA y TDMA. Este sistema ha ido ganando la aceptación en el mundo de la industria celular. Los suministradores celulares ven al acceso CDMA como una oportunidad para modernizar su capacidad y calidad. CDMA es una modalidad de espectro ensanchado (spread spectrum), una familia de técnicas de comunicaciones digitales. El principio básico que sustenta a CDMA es el uso del ruido de fondo para transportar las señales radioeléctricas. Como su nombre indica, CDMA utiliza un ancho de banda mayor y más extenso que los obligados en los canales normales de FDMA y TDMA. Las comunicaciones punto a punto son efectivas en un ancho de banda que utiliza al ruido para transportar la señal ensanchada a través de una portadora radio significativamente más ancha. El espectro ensanchado, que ya se empleó anteriormente en los años 20, ha evolucionado a partir de las aplicaciones militares de seguridad. Más que una técnica de modulación, utiliza una técnica que organiza la energía de las radiofrecuencias sobre una gama de frecuencias. El sistema utiliza saltos de frecuencia con multiplexación por división en el tiempo. En el momento en que el transmisor está operando en una frecuencia, al instante siguiente está en otra. El receptor está sincronizado para conmutar las frecuencias con un mismo patrón. Esto es efectivo para prevenir la detección (interceptación) y la interferencia (jamming); de este modo, se proporciona una seguridad adicional. Estas técnicas deberían producir un aumento de las capacidades del orden de 10 a 20 veces sobre los sistemas analógicos existentes. CDMA se concibió originalmente en los años cuarenta para aplicaciones comerciales, pero hicieron falta 40 años antes de que llegara a ser comercialmente factible. Los principales factores que retenían el uso de CDMA eran el coste y la complejidad de su funcionamiento. En la actualidad, el uso de circuitos integrados (TC, Integrated Circuits) de alta densidad digital y bajo coste, que reducen el tamaño y el peso del equipamiento radio, hace que CDMA sea más factible. Otra área es la educativa, según la cual los operadores necesitaban entender que las comunicaciones óptimas requieren que el equipo de la estación regule la potencia a unos nive-

Técnicas de acceso para los sistemas radio

83

les mínimos para lograr un funcionamiento máximo. Por supuesto, esa formación que recibieron los operadores se refería al funcionamiento habitual. En 1989, se introdujo comercialmente la técnica CDMA de espectro ensanchado como solución a las demandas de ancho de banda de la industria. Mediante una técnica de espectro ensanchado por saltos de frecuencia, los proveedores anunciaron que podían lograr los deseados patrones de reutilización de frecuencias que todo el mundo andaba buscando. Esta misma se utilizó con anterioridad en sistemas de transmisión por satélite y por algunas de las organizaciones de Radiocomunicaciones móviles especializadas (SMR, Specialized Motile Radio). El espectro ensanchado puede utilizar una de estas dos técnicas: saltos de frecuencia (FH, Frequency Hooping) o secuencia directa (DS, Direct Sequence). En ambos casos, la sincronización entre el transmisor y el receptor es crucial. Ambos métodos utilizan una portadora pseudoaleatoria; lo hacen de diferente modo. ■ La modulación por saltos de frecuencia normalmente se lleva a cabo mediante una con mutación rápida de los sintetizadores que establecen con rapidez las frecuencias según un patrón pseudoaleatorio. Habitualmente no se implementa en las versiones comerciales de CDMA. ■ La modulación por secuencia directa es la que utiliza el sistema CDMA disponible en el mercado. Se lleva a cabo mediante el uso de una secuencia binaria pseudorruidosa en el transmisor que multiplica la secuencia de información, y la resultante modula a una portadora convencional. El ruido y la interferencia a través de esa forma de onda están incorrelados con la secuencia pseudorruidosa y se vuelve como el ruido. Este hecho incrementa el ancho de banda cuando alcanzan los detectores. El empleo de filtros que rechacen la interferencia puede mejorar la relación señal/ruido (SNR, Signal-toNoise Ratio).

El estándar celular de CDMA CDMA utiliza códigos digitales únicos, en lugar de radiofrecuencias o canales separados, para distinguir a los abonados. Ambas, la estación móvil (teléfonos celulares) y la estación base, comparten los códigos, que se denominan secuencias de código pseudoaleatorio. Todos los usuarios comparten la misma banda del espectro radioeléctrico. Para la telefonía celular, CDMA es una técnica de acceso múltiple digital especificada por la Asociación de la industria de las telecomunicaciones (TIA, Telecommunications ¡ndustry Association) como IS-95. En marzo de 1992, la TÍA estableció el subcomité TR-45.5 con el encargo de desarrollar un estándar digital celular de espectro ensanchado. En julio de 1993, la TIA dio su aprobación al estándar CDMA IS-95. Los sistemas IS-95 dividen el espectro radioeléctrico en portadoras de 1.250 fCHz (1,25 MHz). Uno de los aspectos peculiares de CDMA es que aunque el número de llamadas telefónicas que una portadora puede transportar es ciertamente limitado, no es un número fijo. Más bien, la capacidad del sistema dependerá de una serie de factores diferentes. CDMA cambia la naturaleza del equipo del abonado, de un dispositivo predominantemente analógico a uno digital. Los sistemas radioeléctricos más antiguos separaban los canales o las estaciones RF con filtros en el dominio de la frecuencia. Los receptores CDMA no eliminan el procesamiento analógico por completo, pero distinguen los canales de comunicación mediante una técnica de modulación pseudoaleatoria que se aplica al dominio digital, no está basada en las frecuencias. De hecho, múltiples usuarios ocuparán a la vez la misma banda de frecuencias. Para lograr la aceptación de CDMA, la industria debe entender que cambia la forma en que se establece el negocio, como se perfila en la Tabla 3.1.

84

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Tabla 3.1. Razones para utilizar CDMA en el ámbito celular CDMA modifica el modo en que nos comunicamos mediante La mejora de la capacidad telefónica de los operadores celulares. La mejora de la calidad de las comunicaciones de voz y la eliminación de imperfecciones audibles debidas al desvanecimiento por multitrayecto. La reducción de la incidencia de llamadas «caídas» especialmente durante los traspasos. El suministro de comunicaciones de datos fiables, es decir, de fax y tráfico de Internet. La reducción del número de emplazamientos para soportar un volumen de tráfico específico. La simplificación del proceso de selección de emplazamientos. La reducción de los requisitos de la potencia media de salida del transmisor. La reducción o eliminación de interferencias con otros dispositivos electrónicos en la zona. La limitación de los riesgos potenciales para la salud. La reducción de los costes de operación porque se necesitan menos emplazamientos.

Objetivos del espectro ensanchado Parte de la acción del campo inalámbrico incluye el uso completo del espectro de frecuencias mientras se conserva su eficiencia. El objetivo principal de los sistemas de espectro ensanchado es el incremento sustancial del ancho de banda de una señal portadora de información, más de lo necesario para las comunicaciones básicas. Este incremento del ancho de banda, aunque no se utiliza para transportar la señal, puede mitigar posibles problemas en las ondas radioeléctricas, tales como la interferencia o la compartición involuntaria de los mismos canales. La utilización colectiva del espectro es una innovación que en el pasado no estaba disponible en el mercado. Entre los nuevos objetivos de CDMA y, en particular, de las comunicaciones de acceso múltiple, se incluyen los siguientes: ■ ■ ■ ■

Calidad similar a la de los sistemas de cable. Cobertura universal en la medida de lo posible. Bajo coste de los equipos. Mínimo número de emplazamientos.

Estos objetivos se encuentran en la Tabla 3.1 y ayudan a mantenerse centrado en el conjunto de responsabilidades y usos del espectro de frecuencia. Los organismos reguladores han establecido por todo el mundo cantidades limitadas de ancho de banda aparte para satisfacer estos servicios, así la eficiencia se mantiene elevada. El espectro de frecuencia limitado que se asigna conserva el objetivo de utilizar la eficiencia espectral, que normalmente se mide con los cálculos de la ingeniería de tráfico (Erlang o Poisson) por unidad en funcionamiento en una zona geográfica determinada y en términos de MHz. Por ejemplo, los operadores celulares utilizan 25 MHz repartidos entre los dos sentidos de la comunicación: 12,5 MHz para la transmisión y 12,5 MHz para la recepción. A medida que se producen mejoras en la tecnología, los métodos prácticos que amplían la cobertura se hacen realidad.

Servicios de espectro ensanchado A medida que el uso del espectro de radiofrecuencias continuaba presionando a este recurso limitado, los fabricantes de sistemas y los organismos reguladores investigaban algunas for-

Técnicas de acceso para los sistemas radio

85

mas de compartir el espectro entre múltiples usuarios. Además, la compartición formaba parte de la necesidad de obtener una información segura sobre las ondas. Estas presiones han conducido al uso del ensanchamiento del espectro radioeléctrico. La porción del ensanche de estos sistemas que utiliza un grupo de chips (minibits) codificados en el sistema transmisor emplea un método de múltiples frecuencias (denominado saltos de frecuencia), o bien se utiliza otra técnica para crear un conjunto de chips codificados. Cualquiera de los dos caminos está diseñado para expandir tanta energía como sea posible sobre un margen de frecuencias más amplio que permita a la energía estar menos tiempo en el aire y asegure la integridad de la información que se envía. La técnica para los servicios de espectro ensanchado se denomina Acceso múltiple por división de código (CDMA, Code División Múltiple Access). Muchos de los operadores PCS han elegido CDMA en su codificación. El concepto de CDMA se muestra en la Figura 3.12. Puesto que el espectro ensanchado se ha introducido en el ámbito comercial, la FCC adjudicó el espectro de la banda de 1,9 MHz. Este grupo de frecuencias es muy utilizado por los usuarios de microondas que operan en la banda de 2 GHz. La FCC detectó que el espectro ensanchado no perjudicaría seriamente a los usuarios de las microondas porque sólo aparecería como ruido aleatorio para cualquier otro sistema fijo que operase en la misma banda de frecuencias. No obstante, cuantos más usuarios de espectro ensanchado se inserten en una banda de frecuencias determinada, la posibilidad de congestión e interferencia aumenta. Si se intenta utilizar esta gama de frecuencias y se produce congestión, entonces la decisión podría ser errónea. Aunque la técnica de los saltos de frecuencia tiene sus ventajas, las restricciones de distancia, de utilización y de potencia pueden ensombrecerlas.

Seguridad El incremento de la privacidad es inherente a la tecnología CDMA. Las llamadas de telefonía de CDMA estarán seguras frente a eventuales escuchas a escondidas porque, a diferencia de una conversación analógica, un simple receptor radio no será capaz de identificar en una banda de frecuencias las conversaciones individuales digitales de la radiación RF.

Figura 3.12. Servicios CDMA de espectro ensanchado.

86

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Sincronización En los estados finales de la codificación del radioenlace desde la estación base al móvil, CDMA añade a la señal un código especial pseudoaleatorio que se repite después de una cantidad de tiempo finita. Las estaciones base del sistema las distinguen de otras mediante la transmisión de diferentes segmentos del código en un tiempo dado. En otras palabras, las estaciones base transmiten versiones desplazadas en el tiempo del mismo código pseudoaleatorio. Para asegurar que esos desplazamientos en el tiempo permanecen únicos para cada una, las estaciones CDMA deben quedar sincronizadas a una referencia de tiempo común. La principal fuente de señales de sincronización exacta que exigen los sistemas CDMA es el Sistema deposicionamiento global (GPS, Global Positioning System). GPS es un sistema de radionavegación basado en una constelación de satélites. Como el sistema GPS cubre la superficie entera de la Tierra, proporciona un método de disponibilidad inmediata para determinar la posición y el tiempo a tantos receptores como sean necesarios.

Equilibrio de los sistemas La cobertura de una celda CDMA depende del modo en que se diseña el sistema. De hecho, las tres características principales del sistema —cobertura, calidad y capacidad— deben equilibrarse para alcanzar el nivel de funcionamiento deseado del sistema. En un sistema CDMA, estas tres características están muy interrelacionadas. Incluso se podría conseguir una capacidad mayor a través de algún grado de degradación en la cobertura y/o calidad. Como estos parámetros están todos entrelazados, los operadores no pueden tener lo mejor de todos ellos: una cobertura tres veces mayor, una capacidad incrementada 40 veces y una calidad de sonido CD. Por ejemplo, los vocoders (o codificadores de voz) de 13 Kbps proporcionan mejor calidad de sonido pero reducen la capacidad del sistema comparándolo con un vocoder de 8 Kbps. Los operadores tendrán la oportunidad de evaluar y manejar estos parámetros para proporcionar el mejor servicio a una determinada zona. El mejor punto de equilibrio puede cambiar de un emplazamiento a otro. Los emplazamientos en las zonas densas de la ciudad intercambian la cobertura por el incremento de la capacidad. A la inversa, en los límites externos de un sistema, la capacidad podría ser sacrificada por la cobertura.

INTERFAZ AIRE Hoy en día se utilizan principalmente dos estándares para la interfaz radio (también denominada interfaz aire o aérea): ■ El estándar celular (824-894 MHz) utiliza la TIA/E1A/IS-95A. ■ El estándar PCS (1850-1990 MHz) utiliza el ANSÍ J-STS-008. Ambos son similares en cuanto a las características que ofrecen, excepto por la planificación de las frecuencias, las identidades móviles y los campos de mensajes. Estos estándares proporcionan algo de estabilidad al funcionamiento de los sistemas, pero pueden cambiar con el tiempo. Sin embargo, la observación de los canales ascendente y descendente de CDMA arroja una luz sobre lo que cabe esperar de CDMA.

Canal descendente El canal CDMA descendente o de ida (fonvard channel) corresponde al sentido de la comunicación que va desde el emplazamiento hacia el móvil. Este canal transporta tráfico, una señal

Técnicas de acceso para los sistemas radio

87

Tabla 3.2. Parámetros del canal del enlace descendente de IS-95A: Rate set 1 _ , Canal

Sincronizacion

Radio búsqueda

Tasa de datos Repetición del código

1.200

4.800

2

2

Tasa de modulación del símbolo

4.800

19.200

PN chips/ símbolo de modulación

256

64

PN chips/bit

1.024

256

Velocidad

Trafico

9.600 1

19.200

64 128

1.200

2.400

4.800

9.600

bps

8

4

2

1

19.200

19.200

19.200

19.200

64

64

64

64

1.024

512

256

128

Sps

piloto y alguna información adicional o de tara {overhead) requerida por el sistema. La piloto es una señal ensanchada por DSS pero demodulada de otra manera. Los canales pilotos y de tara establecen y mantienen los tiempos (sincronización) del sistema y la identidad de la estación. La señal piloto también se utiliza en el proceso del traspaso asistido por el móvil (MAHO, Motile Assisted Handoj'f) como indicador de la potencia de señal. Las velocidades y tasas de transmisión de IS-95 utilizan un enlace descendente que soporta una velocidad de 9.600 bps en los canales portadores de datos. La tasa del código de corrección de error descendente es 1/2 y la tasa del pseudorruido es 1,2288 MHz (lo que es 128 x 9.600 bps). La Tabla 3.2 representa los parámetros del canal del enlace descendente para IS-95 A, con una tasa identificada como «grupo 1» (Rate set 1). El sistema J-STD-008 que se muestra en la Tabla 3.3 soporta un juego de parámetros adicional con una tasa de transmisión máxima de 14.400 bps. Esta familia de velocidades se conoce como «grupo 2» (Rate set 2). Este grupo utiliza un código FEC de tasa 3/4 creado por una técnica de «pinchado» (puncturing) aplicada sobre el código previo. El enlace descendente contiene hasta 64 canales lógicos (canales código). Los canales son independientes: transportan diferentes flujos de datos, incluso posiblemente a diferentes velocidades y son ajustables en amplitud.

Tabla 3.3. Parámetros del canal del enlace descendente de J-STD-008: Rate set 2 Canal Tasa de datos

Tráfico 1.800

3.600

8

4

Tasa de modulación del símbolo

19.200

19.200

PN chips/símbolo de modulación

64

64

682,67

341,33

Repetición del código

PN chips/bit

Velocidad 7.200 2 19.200

64 170,67

14.400

bps

1 19.200 64 85,33

Sps

88

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Canales de tara Existen tres tipos de canales de tara o de información suplementaria (overhead ehannels) diferentes en el enlace descendente. Estos son los canales piloto, de sincronización y de radiobúsqueda. La señal piloto es un requisito para toda estación. ■ Canal piloto. Este canal siempre es el canal 0. Funciona como una referencia de la demodulación para las estaciones móviles y como una referencia de la medida del nivel del traspaso. Por lo tanto, es una referencia que se exige en todas las estaciones. El canal piloto no transporta información. ■ Canal de sincronización. Este canal transporta un mensaje de repetición que identifica la estación individual y la fase absoluta de la secuencia piloto. La tasa de datos del canal de sincronismo es de 1.200 bps. El móvil encuentra el límite de la trama del canal de sincronismo y simplemente se sincroniza. Lleva un único mensaje de repetición que comunica el tiempo y la configuración del sistema a la estación móvil. Por lo tanto, la estación móvil puede encontrar el tiempo exacto del sistema en la sincronización con una corta secuencia. ■ Canal de radiobúsqueda (paging). Se utiliza para la comunicación con las estaciones móviles cuando no están asignadas al canal de tráfico. Su propósito es notificar al móvil las llamadas entrantes y las respuestas de las portadoras al acceso móvil mediante el cual se produce la asignación de un canal de tráfico. Los canales de radiobúsqueda funcionan a 4.800 o 9.600 bps. ■ Canales de tráfico. Son canales asignados dinámicamente en respuesta al acceso del móvil. El canal de radiobúsqueda se utiliza para informar al móvil del canal código que debería utilizar para recibir. El canal de tráfico transporta sus datos en una trama de 20 ms.

Canal ascendente El canal ascendente o de retorno (reverse channel) es el canal de comunicación en el sentido del móvil hacia el emplazamiento. Este canal transporta información de tráfico y de señalización. Un canal ascendente sólo está activo durante las llamadas asociadas a una estación móvil determinada o cuando tiene lugar un acceso al canal de señalización de la estación base. Las velocidades y tasas de transmisión de 1S-95A utilizan un enlace ascendente que soporta una velocidad de 9.600 bps en los canales de acceso y de tráfico. La tasa del código de corrección de errores ascendente es 1/3, la tasa del código símbolo es 28.800 símbolos por segundo después de que seis símbolos código por símbolo de modulación estén presentes y la tasa del pseudorruido es 1,2288 MHz. La Tabla 3.4 representa los parámetros del canal del enlace ascendente para IS-95A con una tasa conocida como «grupo 1» (Rate set 1). El sistema J-STD-008 que muestra la Tabla 3.5 soporta un juego adicional de parámetros con una tasa de transmisión máxima de 14.400 bps. Esta familia de velocidades se conoce como «grupo 2» (Rate set 2). Este grupo utiliza un código FEC de tasa 1/2 en lugar de la tasa 1/3 del rate set 1. Canalización. El canal CDMA ascendente consiste en 242 -1 canales lógicos. Uno de estos canales está asociado de forma permanente y única a cada estación móvil. El móvil utiliza el canal lógico cada vez que envía tráfico. El canal no cambia en un traspaso. Otros canales lógicos se utilizan para el acceso con la estación base.

Técnicas de acceso para los sistemas radio

Tabla 3.4.

89

Parámetros del canal del enlace ascendente de IS-95A: Rate set 1 Acceso

Canal

Tráfico

Tasa

Tasa de datos

4.800

1.200

2.400

4.800

9.600

Tasa de código

1/3

1/3

1/3

1/3

1/3

14.400

3.600

7.200

14.400

28.800

Tasa de símbolo antes de la repetición Repetición del símbolo

2

8

4

2

1

Tasa de símbolo después de la repetición

28.800

28.800

28.800

28.800

28.800

Ciclo de transmisión

1

1/8

1/4

1/2

1

Tasa de modulación del símbolo

6

6

6

6

6

PN chips/símbolo de modulación

256

256

256

256

256

PN chips transmitidos/bit

256

128

128

128

128

bps

Sps

Sps

Canales de tráfico Los canales de tráfico son los canales ascendentes de CDMA y son únicos para el móvil. El canal de tráfico siempre transporta datos en una trama de 20 ms. Las tramas del grupo 1 (Rute set 1) de mayor tasa y todas las del grupo 2 (Rate set 2) utilizan códigos de prueba de redundancia cíclica (CRC, Cyclic Redundancy Check) para ayudar a evaluar la calidad de trama en el receptor. Tabla 3.5.

Parámetros del canal del enlace ascendente de J-STD-008: Rate set 2 Canal

Tráfico

Tasa

Tasa de datos

1.800

3.600

7.200

Tasa de código

1/2

1/2

1/2

3.600

7.200

14.400

Repetición del símbolo

8

4

2

Tasa de símbolo después de la repetición

28.800

28.800

28.800

Ciclo de transmisión

18

14

1/2

1

Tasa de modulación del símbolo

6

6

6

6

256

256

256

256

256'3

256/3

256/3

Tasa de símbolo antes de la repetición

PN chips/símbolo de modulación PN chips transmitidos/bit

14.400

bps

1/2 28.800

Sps

1 28.800

256/3

Sps

Capítulo 4 COMUNICACIONES CELULARES

Como todos sabemos, el mundo está cambiando a una velocidad increíble debido a los avances de la tecnología. El año 1984 marcó un hito importante en la industria de las telecomunicaciones del siglo xx. El monopolio AT&T se desmembró y Estados Unidos fue el primer país en introducir un servicio de comunicaciones inalámbricas. Desde su primera presentación en 1984, han sucedido muchos acontecimientos en la industria celular en todo el mundo. En ese año, las comunicaciones celulares se convirtieron en el centro de atención de la industria. Por entonces, todos los sistemas utilizaban transmisiones radioeléctricas analógicas. ¿Por qué eligieron los sistemas analógicos? Sucedía que todos los proveedores disponían de la tecnología analógica y todavía se veía a la digital como una innovación del futuro. Pero la tecnología digital también tiene sus detractores. La itinerancia puede ser más complicada con un teléfono digital que con uno analógico. La dificultad de esa itinerancia (el hecho de utilizar otra red inalámbrica del operador mientras se viaja) reside en la inexistencia de un único estándar para la tecnología digital que sea aceptado por la industria y en la incompatibilidad de esas tecnologías. Los sistemas analógicos tienen mejor cobertura y mayor disponibilidad que los sistemas digitales. El coste inicial para un sistema analógico normalmente es menor que para uno digital o al menos es lo que le harán creer los partidarios del sistema analógico. Como probablemente ha observado, abundan las guerras de precios, las cuales implican a todos los operadores de redes inalámbricas. De hecho, en algunas zonas, estos operadores están ofreciendo planes de tarifas que rivalizan incluso con los servicios de transmisión por línea. Durante la pasada década el promedio mensual de la factura de un cliente del sistema inalámbrico experimentó un recorte drástico a la mitad, desde 95 dólares a 40, y el coste por minuto disminuyó desde 0,60 dólares, que era el precio de cuando los servicios celulares aparecieron comercialmente, hasta un promedio de menos de 0,10. Los operadores de PCS ofrecen precios inferiores porque en algunos mercados hay más de cinco operadores, lo que provoca una competencia en las guerras de precios. Al final, el cliente debe elegir aquel operador que mejor satisfaga sus necesidades. Sin embargo, es importante recordar que la empresa de comunicaciones inalámbricas tiene tanto interés por conservar al cliente como el cliente en seleccionarlo. Todavía es necesario averiguar cuáles son los planes futuros del proveedor de servicios para las comunicaciones inalámbricas. Si pretende proporcionar servicios de datos y si la calidad de voz y la seguridad son aspectos de extrema importancia, entonces lo mejor es invertir en un plan de servicio telefónico digital. Si la itinerancia es la máxima prioridad, un operador celular es por ahora la respuesta. Para cubrir todo lo básico, hay que cerciorarse de que el teléfono tiene capacidad de modo dual de forma que, aunque el servicio digital sea el preferido, cuando hay itinerancia o se está fuera del ámbito digital, que puede ser bastante frecuente, el servicio analógico esté disponible. Las redes analógicas proliferaron por todo el país creando coberturas omnipresentes. Muchas razones justificaban la existencia de las redes celulares. Entre ellas: ■ Zonas de servicio muy limitadas; no se podría conseguir el servicio donde se necesitase. ■ En los operadores apareció una transmisión pobre debido a la naturaleza de los siste mas radio. 93

94

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

■ Excesivos retardos en los procesos de la llamada. ■ Aumento de la demanda a un ritmo rápido. ■ Limitada disponibilidad del canal en las redes móviles más antiguas. Los sistemas analógicos celulares utilizaban el acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA, Frequency División Múltiple Access), que es una técnica analógica diseñada para soportar a múltiples usuarios en una zona con un número limitado de frecuencias. Los sistemas radioeléctricos analógicos utilizan entradas analógicas, tales como las transmisiones de voz. Como estos sistemas se diseñaron en torno a las aplicaciones de voz, nadie pensaba sobre una futura transmisión de datos, de fax o de paquetes de datos. Por otra parte, los servicios de alta velocidad, los servicios de banda ancha ni siquiera aparecían en la mente de los fabricantes y de los operadores. En un principio, nadie estaba seguro sobre la tasa de aceptación; por ejemplo, en el año 2001, aproximadamente 200 millones de personas eran usuarios celulares en Norteamérica. En media, unos 13 millones de usuarios en todo el mundo firman cada mes algún contrato de cualquier tipo de comunicación inalámbrica. Se espera que en unos años en Norteamérica habrá más de mil millones de usuarios y en el resto del mundo habrá alrededor de 1.800 millones de usuarios, como se observa en la Figura 4.1. Además, se estima que en la actualidad cuatro de cada cinco teléfonos nuevos que se venden son teléfonos móviles (inalámbricos). Lo que hasta entonces era una herramienta para las empresas se ha convertido en un dispositivo imprescindible para las masas. En consecuencia, se puede ignorar el factor de aceptación como algo no cuestionable. El nuevo problema no es el de la aceptación, sino la retención de usuarios. La tasa de migración de clientes de una compañía a otra siempre ha sido muy alta, del orden del 15 al 20 por 100. Sin embargo, otras personas aventuran que, debido al empuje de los distintos desarrollos, los mil millones de usuarios se alcanzarán en fechas más próximas. La Figura 4.2 refleja esta visión. Las cifras están creciendo con rapidez, sólo en Estados Unidos el número de teléfonos móviles nuevos ha alcanzado en estos años la cantidad de 200 millones y seguirá aumentado con rapidez, como se observa en la Figura 4.3.

Figura 4.1.

Pronósticos de los usuarios de comunicaciones inalámbricas para el año 2008.

Comunicaciones celulares

Figura 4.2.

95

Crecimiento de los pronósticos de usuarios de comunicaciones inalámbricas y de PC.

La solución al problema de la retención de clientes se encontró en los paquetes de venta conjunta del servicio con el terminal. Los factores que conducen a la aceptación y a la disminución de las tasas de fuga de clientes son como los siguientes: ■ ■ ■ ■

Planes de servicio con una cuota por uso de 0,10 dólares por minuto. Mayor cobertura geográfica. Eliminación de los costes de itinerancia. Eliminación de los costes de peaje.

Figura 4.3. Cantidad de teléfonos nuevos vendidos sólo en Estados Unidos (este).

96

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Esa idea procede del antiguo dicho acuñado hace años por la empresa Gillette Company: «deles las maquinillas de afeitar, ellos comprarán las hojas». En el mundo celular, si se da a la gente una zona amplia y sin distancias, ellos comprarán los servicios, según se ha visto. La industria celular todavía funciona sobre todo en una red troncal (backhone) analógica. Se estima que el 100 por 100 de los Estados Unidos tiene cobertura analógica, mientras que las redes digitales homologas a las redes celulares sólo cubren entre un 60 y un 100 por 100, dependiendo de las tecnologías empleadas. En Canadá, la cobertura también es principalmente analógica porque existen pocas oportunidades de migrar a las tecnologías digitales debido a la población que hay en las áreas donde los sistemas están instalados. Sin embargo, se estima que sólo un 35 a un 40 por 100 de la población de Estados Unidos tiene un teléfono móvil. Al contrastar este número con el número de hogares que tienen acceso a Internet, el resultado fue un asombroso 54 por 100. Los operadores de comunicaciones inalámbricas generan más de 44.000 millones de dólares de ingresos anuales. Sólo 4.000 millones de esos ingresos proceden de las tarifas de itincrancia. En los Estados Unidos los proveedores de servicios inalámbricos dan empico a unas 150.000 personas aproximadamente. Casi el 50 por 100 de las empresas de Estados Unidos ofertan sus productos en línea (por teléfono/Internet). Los teléfonos de modo dual se han convertido en la salvación de los proveedores celulares puesto que no podrían mantener su base de clientes sin esta oferta. Algunos usuarios no se desharán todavía de sus servicios, aunque sean servicios celulares analógicos. Como ejemplo, en la Figura 4.4 se observa el porcentaje de abonados analógicos y digitales en Estados Unidos a finales del año 2000. En 1999, la penetración digital cambió y el número de abonados digitales se disparó.

¿POR QUÉ DIGITAL? Muchos proveedores nacionales de servicios inalámbricos disponen de una red digital en su país o al menos están en el proceso de migración de su red celular a una red celular digital. A pesar de las opiniones opuestas, los sistemas digitales presentan muchas ventajas frente a los

Figura 4.4.

Número de abonados analógicos comparado con el numero do abonados diaitaies.

Comunicaciones celulares

97

sistemas celulares. Las principales ventajas incluyen una mejor calidad del servicio, una mayor seguridad y la capacidad de soporte de los servicios de la próxima generación. Los operadores confían en que la tecnología digital proporcione servicios maravillosos, que incluyen el acceso inalámbrico a Internet. Se sabe que la comunicación digital aumenta la eficiencia de la red, lo que significa que un operador puede ajustar más la información en cada transmisión; esta es la razón por la que muchos operadores están ahora convirtiendo sus sistemas en sistemas digitales. Los operadores de los sistemas inalámbricos pueden conseguir mayor impulso con el establecimiento de una red digital. La comunicación digital ofrece mejor calidad del sonido. Los partidarios de la tecnología digital también la reivindican porque mezcla las señales en ráfagas, es más segura que la tecnología analógica y contribuye a frustrar la clonación, es decir, el acto de interceptar sobre el aire la información de la factura telefónica para copiarla y revenderla con propósitos de piratería. Además, la vida de la batería de un terminal digital es más larga que la de uno analógico.

ZONAS DE COBERTURA Los operadores de los sistemas celulares construyeron sus redes para proporcionar cobertura en ciertas zonas geográficamente limitadas. Este propósito plantea un dilema a los proveedores: ■ Los operadores necesitan (más) usuarios que generen mayores ingresos para así poder amortizar su inversión. ■ Deben continuar la evolución de los sistemas analógicos hacia sistemas digitales, que permitan un uso más eficiente del ancho de banda. ■ La seguridad y la protección frente al hurto ejercen presión sobre los operadores y también sobre los usuarios.

SISTEMAS ANALÓGICOS CELULARES Los sistemas analógicos no hacen nada por satisfacer estas necesidades. Las técnicas de modulación de amplitud o de frecuencia para transmitir voz sobre la señal radio utilizan todo el ancho de banda disponible. Esto significa que los operadores celulares sólo soportan una única llamada en una única frecuencia. Las limitaciones de los sistemas incluyen una limitada disponibilidad del canal. El sistema analógico se diseñó para disponer de comunicaciones rápidas mientras que se está en camino. Puesto que este servicio resolvería las necesidades de los usuarios en movimiento, apenas se abordaron los planteamientos sobre su mayor o menor penetración en el mercado. Sin embargo, a medida que las principales áreas de servicio metropolitanas (MSA. Metropolitan Service Arcas) comenzaron a expandirse, los operadores se dieron cuenta de que los sistemas analógicos también iban a limitarse. Con sólo un único usuario en una frecuencia, la congestión en la MSA se convirtió en un enorme problema. ¡Un canal celular utiliza 30 KHz de ancho de banda para una única llamada telefónica! El sistema celular se diseñó para superar las limitaciones del teléfono móvil convencional. Las zonas de cobertura se dividen en células o celdas como las de un panal de miel, de diseño hexagonal, con lámanos más pequeños como muestra la Figura 4.5. Las células se solapan en los límite* externos. Las frecuencias se dividen en bandas o células para impedir las interferencias inesperada'; y las intencionadas (jamming) que generan !as frecuencias de las células vecinas. El sistema celular utiliza menos potencia de salida para transmitir. El transmisor de un

98

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Figura 4.5.

Patrones de célula.

vehículo en movimiento utiliza una potencia de 3 vatios, mientras que los sistemas portátiles (de mano) utilizan sólo 0,3 vatios. Las frecuencias se reutilizan con mayor asiduidad y con mayor proximidad a cada una. El diseño habitual de una célula ocupa de 3 a 5 millas 1 aproximadamente. Cuantos más usuarios se suscriben a una red, los transmisores se colocan más cerca el uno del otro. En zonas rurales, las células están más distanciadas. Los emplazamientos se pueden separar entre 3 y 5 millas para un funcionamiento normal, pero como aumentan las quejas de los usuarios debido a la falta de servicio que la congestión ha provocado, se produce la división de la célula. Una célula se puede subdividir en células menores, lo que permite reasignar las frecuencias para mantener el uso continuado de las mismas. Cuanto más pequeña es la célula, se necesitan más equipos y otros componentes. Esos requisitos añadían sobre los operadores otra carga financiera cuando procuraban hacer coincidir la necesidad del cliente con la recuperación de la inversión.

INCORPORACIÓN A LA RED Cuando se enciende el móvil, de inmediato se registra en la red. Primero, el teléfono envía un mensaje a la central de conmutación de telefonía móvil (MTSO, Motile Telephone Switching Office). La MTSO es el equivalente a la central telefónica (CO, Central Office) de Clase 5.

1

1 milla = 1.6093 km. (N. del T.)

Comunicaciones celulares

Figura 4.6.

99

El proceso de incorporación a la red utiliza varios canales concretos.

Proporciona todas las capacidades de la interfaz de línea y del circuito telefónico de la misma manera que lo hace la CO. La información que se envía a la MTSO incluye el número de serie del dispositivo electrónico y el propio número de teléfono. La combinación de estos dos elementos de información identificará al dispositivo particular. El teléfono móvil utilizará un canal de información para transmitir esa información. Varios canales se habilitan aparte con el propósito específico de realizar el registro del móvil, según se muestra en la Figura 4.6.

ESCUCHA DE LOS CANALES DE CONTROL Una vez que el móvil ha accedido a la red, explora los 21 canales habilitados como canales de control. A partir de esa exploración, el teléfono selecciona el canal que recibe con mayor intensidad. Entonces el móvil entra en un modo de escucha o supervisión. Aunque el sistema no tenga nada que enviar, el móvil continuará escuchando al canal supervisado caso de que la MTSO tenga una llamada entrante para él. El usuario del teléfono en realidad no ha hecho nada. Sobre el encendido, el móvil accede a la red de inmediato, se identifica y entra en modo de supervisión.

DISMINUCIÓN DE LA INTENSIDAD DE LA SEÑAL En las comunicaciones móviles se puede asumir que un vehículo con un teléfono estará en movimiento. A medida que el vehículo se mueve de una célula a otra, se desplaza de la frecuencia del primer emplazamiento, pero entra en la del segundo. La señal recibida en los canales de escucha (o portadora baliza) comenzará a fallar (llegará a ser demasiado débil como para oírse), según se muestra en la Figura 4.7. De inmediato, el teléfono volverá a explorar todos los

100

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Figura 4.7.

Procedimiento de la disminución de la intensidad de la señal.

canales de control y seleccionará uno nuevo. Una vez que el vehículo encuentre un nuevo canal, continuará supervisando ese canal hasta el momento en que vuelva a salirse del margen de frecuencias. Este concepto de pasar de un emplazamiento a otro permite al vehículo estar en contacto permanente con la MTSO siempre y cuando el móvil esté encendido.

EL PROCESO GENERAL DE UNA LLAMADA Cuando el usuario desea realizar una llamada, los pasos son sencillos. El proceso es muy similar al de una llamada del sistema de telefonía fija: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Se coge el terminal y se marcan los dígitos del número de teléfono de interés. Después de introducir los números, se pulsa la tecla de envío. La información es el diálogo entre la MTSO y el terminal. La MTSO recibe la información y comienza el proceso de la llamada a una conexión troncal. La MTSO examina los canales disponibles en la célula y selecciona uno. La MTSO envía un mensaje al terminal diciéndole qué canal debe utilizar. El terminal sintoniza su frecuencia con la del canal asignado. La MTSO conecta este canal al enlace de línea que se utiliza para establecer la llamada. La llamada se conecta y el usuario tiene para la conversación un camino de comunicación en ambos sentidos.

Comunicaciones celulares

101

EL PROCESO DE UNA LLAMADA ENTRANTE Cuando una llamada procede de la red, de nuevo el proceso es similar al de la red fija: 1. La central del móvil recibe la información de señalización de la red acerca de que una llamada está entrando. 2. La central del móvil primero debe encontrar al terminal móvil, por lo que lanza un mensaje de radiobúsqueda a través de su red. 3. El mensaje de radiobúsqueda (o paging) se envía en los canales de control. 4. Al escuchar el mensaje de radiobúsqueda, el terminal responderá. 5. La central del móvil escucha la respuesta y asigna un canal. 6. La central del móvil envía un mensaje que informa al terminal que tiene una llamada y que utilice el canal X. 7. Al instante el terminal se sintoniza con el canal que se le ha asignado para la llamada entrante. 8. El teléfono suena y el usuario responde.

EL TRASPASO DE UNA LLAMADA Mientras el usuario está al teléfono, pueden presentarse varias situaciones. La primera es que el vehículo con el sistema móvil podría alejarse del centro del emplazamiento. Por lo tanto, la estación base debe desempeñar un papel activo en el proceso que maneja las llamadas: 1. A medida que el usuario se acerca a la frontera, la señal se va debilitando. 2. La estación base detecta la pérdida de potencia de la señal y envía un mensaje a la central del móvil. 3. La central del móvil entrará en un modo de recuperación. 4. La MTSO debe determinar qué célula recibirá al usuario. 5. La MTSO envía un mensaje a todas las estaciones base informándoles que lleven una medida de la calidad de la señal en el canal en cuestión. 6. Cada estación base determina la calidad de la señal recibida. 7. Informarán a la MTSO si la señal es fuerte o débil. 8. La MTSO decide qué estación base cogerá la llamada.

Establecimiento Una vez que la MTSO ha determinado qué estación base será el nuevo servidor de la llamada, seleccionará un canal e indicará a la nueva estación base que establezca un camino de comunicación para la llamada. Todo este proceso se realiza en el trasfondo. En paralelo se establece un canal en estado inactivo o libre (idle) entre la estación base y la MTSO.

Ejecución 1. 2. 3. 4.

La estación base original todavía está sirviendo la llamada. La estación base nueva soportará al móvil que llama. Se establece un canal paralelo. La MTSO ha notificado a las células que pongan en marcha el canal paralelo.

102

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

5. La MTSO envía una directiva al teléfono para que vuelva a sintonizar su frecuencia con la nueva frecuencia reservada para ello. 6. El terminal se desplaza de una frecuencia a otra. 7. Se traspasa la llamada de una célula a otra. 8. El móvil que llama continúa la conversación y nunca sabe qué ha ocurrido. Este procedimiento se muestra en la Figura 4.8.

Finalización Una vez que el móvil se ha desplazado de una estación base a otra y de un canal a otro, el traspaso finaliza. Sin embargo, ahora el canal original está en estado libre (de permanencia), pero en paralelo a la llamada original. Por lo tanto, la estación base notifica a la MTSO que ahora el canal está libre. La MTSO está siempre con el control de la llamada. Maneja los canales y los procesos del traspaso. La MTSO ordena a la estación base que ponga el canal en estado de permanencia y lo deje disponible para la siguiente llamada.

EMPLAZAMIENTO CELULAR (ESTACIÓN BASE) La discusión anterior se centró en el proceso de la llamada y se refirió bastante poco a la estación base. La célula tiene un radio de 3 a 5 millas. La estación base consta de todo el equipo de transmisión y recepción entre la estación base y la MTSO, y entre la estación base y el móvil. La célula tiene una torre con múltiples antenas montadas en lo alto. Cada célula tiene suficientes equipos radio como para servir aproximadamente a 45 llamadas simultáneas, así como para monitorizar todos los canales en cada una de las células adyacentes. Esto se muestra en la Figura 4.9. Los equipos varían con el fabricante y el operador, pero un operador habitualmente tendrá de 35 a 70 células en una localización de tamaño considerable.

Figura 4.8. El proceso del traspaso.

Comunicaciones celulares

103

Figura 4.9. La disposición de la célula de la llamada.

CENTRAL DE CONMUTACIÓN DEL SERVICIO MÓVIL (MTSO) La MTSO es el equivalente a una central telefónica de Clase 5. Proporciona los enlaces y las interfaces de señalización a los operadores del servicio fijo. Tiene un componente de conmutación de línea completo y la lógica necesaria para gestionar miles de llamadas simultáneas. Al igual que la infraestructura de la CO, la MTSO utiliza enlaces digitales entre la MTSO y los operadores de cable (ILEC, CLC o IEC) sobre cables de cobre, fibra óptica o de sistemas de microondas. En la MTSO, existe una interfaz de enlace/línea separada entre la MTSO y la estación base. Esta corresponde a la parte de la línea del conmutador y se utiliza para controlar el proceso de la llamada. Normalmente, la MTSO se conecta con la estación base a través de un acceso TI que funciona con modulación de impulsos codificados diferencial (ADPCM, Adaptive Di-fferential Pulse code Modulation) a 32 Kbps. Este acceso TI se presenta en cables de cobre o microondas. Una MTSO es una inversión importante, que fluctúa entre 2 y 6 millones de dólares, dependiendo del tamaño y del área a la que dan servicio.

PLANIFICACIÓN CELULAR La reutilización de frecuencias fue lo que arrancó al movimiento celular. La planificación permite la adjudicación eficiente del limitado espectro de radiofrecuencias para los sistemas que utilizan los canales basados en la frecuencia (AMPS, DAMPS y GSM). La reutilización de la frecuencia permite incrementar la capacidad y evitar la interferencia entre los sitios que comparten los grupos de frecuencias. Los planes de frecuencia que existen especifican la división de canales en tres, cuatro, siete y doce células. Definen la organización de canales disponibles en grupos, que maximizan el servicio y minimizan la interferencia.

104

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Figura 4.10.

Patrón de siete células.

Mientras que una unidad móvil se mueve a través de la red, se le asigna una frecuencia durante el tránsito a través de cada célula. Puesto que cada patrón de la célula tiene un transmisor de baja potencia, las señales de la interfaz aire (o interfaz radio) se limitan a los parámetros de cada célula. Las señales de la interfaz aire de las células no adyacentes pueden rcutilizar las mismas frecuencias. Los sistemas CDMA no requieren planes que gestionen las frecuencias porque cada célula funciona a la misma frecuencia. Los recursos del emplazamiento se distinguen por el desplazamiento de la fase de referencia del ruido pseudoaleatorio (desplazamiento PN). Los canales móviles se identifican por un código que utilizan para expandirse a través de la señal en banda base y cada uno se puede reutilizar en cualquier célula. Con un patrón de reutilización de frecuencias de N=7, todos los canales disponibles se asignan a las células de su propiedad. No es necesario desplegar todas los sistemas radio de una vez, pero su empleo se ha planeado antes de tiempo para minimizar la interferencia en el futuro. La Figura 4.K) ilustra este patrón.

Solapamiento de la cobertura Cada célula tiene su propio equipo de radiocomunicaciones y un solapamiento en las células contiguas. Esto permite el control de las eélulas adyacentes para asegurar la cobertura completa. Las células pueden detectar la potencia de la señal de los terminales móviles y los dispositivos portátiles en sus propias áreas y en las áreas del solape de cada célula colindante, lisia opción permite que el traspaso y las zonas de cobertura funcionen conjuntamente.

Configuraciones del emplazamiento El modo de operación de un emplazamiento (cell site) se determina por el tipo de antena que sopona a la interfaz aire comprendida entre el emplazamiento y los teléfonos móviles. Cuando se u t i l i z a una antena omnidireccional el emplazamiento da servicio a una única área de 360 grados alrededor de si mismo. La Figura 4.11 ilustra la antena omnidireccional.

Comunicaciones celulares

105

Figura 4.11. La antena omnidireccional.

Una única antena para las operaciones de envío y recibo soporta a los emplazamientos que utilizan una antena omnidireccional. Estos dispositivos cubren de forma independiente una zona de 360 grados completos. En el emplazamiento se utiliza una antena transmisora para cada trama radio (un grupo de frecuencias por cada trama radio). Dos antenas receptoras distribuyen la señal recibida a cada sistema de radiocomunicación, lo que proporciona diversidad en recepción a cada receptor del emplazamiento. Debido a la capacidad de la célula para recibir señales de todas las direcciones, las transmisiones desde células vecinas pueden interferir con la recepción de las propias. Cuando la interferencia alcanza niveles inaceptables, normalmente se sectoriza la célula para eliminar la capacidad de recibir la información que interfiere. La sectorización también entra enjuego cuando la célula se vuelve tan congestionada que las antenas omnidireccionales no pueden soportar las operaciones.

Cobertura de las células sectorizadas Los emplazamientos directivos (sectorizados y con antenas directivas en cada sector) utilizan reflectores posicionados detrás de la antena que centran la zona de cobertura en una porción de la célula. Las zonas de cobertura se pueden ajustar a las necesidades de cada emplazamiento, como se muestra en la Figura 4.12, pero las típicas zonas de cobertura son como siguen: ■ Dos sectores con ángulos de 1 80 grados. ■ Tres sectores con ángulos de 120 grados. ■ Seis sectores con ángulos de 60 grados. Al menos se utiliza una antena transmisora en cada sector (una por cada trama radio) y dos antenas receptoras proporcionan diversidad espacial en cada sector del emplazamiento sectorizado en dos o tres sectores. En cada uno de los sectores de 60 grados se utiliza una antena receptora, los sectores vecinos proporcionan la diversidad del sector. Esto es una cuestión económica debido al número de antenas que se requieren.

106

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Figura 4.12.

Cobertura de las células sectorizadas.

Emplazamientos escalonados Esta configuración coloca un emplazamiento de baja potencia en el mismo lugar que un emplazamiento de alta potencia. Los móviles cambian los canales a medida que se mueven por la frontera entre los dos emplazamientos para aliviar la congestión en el centro, como se muestra en la Figura 4.13. Esta configuración se utiliza en todas las aplicaciones GSM y CDMA de hoy en día. No se soporta en las configuraciones antiguas de AMPS y DAMPS, aunque sí se puede en las nuevas implementaciones de AMPS y DAMPS. Cada sector requiere su propio canal de control de acceso/radiobúsqueda para manejar las funciones del proceso de una llamada. El tráfico de voz en cada sector se soporta con los sistemas radio que se conectan con las antenas que soportan al sector.

REUTILIZACIÓN DE LAS FRECUENCIAS La reutilización de las frecuencias permite a un canal radio particular llevar conversaciones a múltiples localizaciones, lo que aumenta la capacidad total de los sistemas de comunicaciones. Dentro de una agrupación celular (cluster), cada célula utiliza diversas frecuencias; sin embargo, esas frecuencias se pueden reutilizar en las células de otra agrupación celular. Un emplazamiento radio no sectorizado con 300 canales puede mantener 300 llamadas en curso en cualquier momento. Los 300 canales pueden dividirse en cuatro grupos de 75 canales y aún proporciona 300 llamadas a la vez. La división del área de servicio en 16 secciones denominadas células permite a cada una utilizar uno de los cuatro grupos de canales, aumentando así la capacidad del transporte de llamadas del sistema por un factor de cuatro (1.200 llamadas a la vez). El área de servicio se puede dividir continuamente en células pequeñas y más pequeñas para obtener una mayor capacidad de transporte de llamadas, al aumentar por un factor de cuatro el número de llamadas con cada división. El límite sobre el número de células que se pueden utilizar queda determinado por:

Comunicaciones celulares

Figura 4.13.

107

Cobertura de un emplazamiento escalonado (tiered-site).

■ El coste de la infraestructura de cada célula. ■ El procesamiento de la potencia de la central que controla el sistema. ■ La potencia mínima de salida de cada célula.

ASIGNACIÓN DE FRECUENCIAS La asignación de frecuencias de las primeras planificaciones celulares del estándar AMPS se diseñó en torno a 666 canales dúplex. Los márgenes de frecuencias se adjudicaron en las bandas de 825 MHz a 845 MHz y de 870 MHz a 890 MHz. En cada banda, los canales utilizaban una separación de 30 KHz y se asignaban 21 canales para control. La Figura 4.14 representa la asignación de los canales. En los Estados Unidos, la FCC aprobó las licencias de dos operadores para el servicio celular: el operador del servicio fijo y el operador del servicio móvil. Las frecuencias se distribuyeron por igual entre ambos. Esta circunstancia supuso que sólo la mitad de los canales estuviesen disponibles para cada operador y que se necesitasen dos grupos de canales de control. En la red celular se utilizan cuatro trayectos de señalización para proporcionar la señalización y el control, así como la conversación de voz. Se pueden dividir en dos grupos de funciones básicas: ■ Establecimiento y caída de la llamada. ■ Gestión de la llamada y conversación.

ESTABLECIMIENTO DE LA LLAMADA DESDE UN SISTEMA FIJO A UNO MÓVIL A partir de un teléfono fijo, la central local envía el número celular llamado a la MTSO por un enlace de línea especial o enlace troncal que conecta la empresa de telefonía a la MTSO. La MTSO analiza el número llamado y envía un mensaje de radiobúsqueda a todos los emplazamientos para localizar a la unidad que se desea llamar. Cuando la unidad celular reconoce el mensaje de búsqueda, envía un mensaje al emplazamiento más cercano. Entonces, este empla-

108

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

zamicnto envía un mensaje de retorno a la MTSO para alertarle que se ha encontrado la unidad. Además, este mensaje notifica a la MTSO qué emplazamiento manejará la llamada. Después, la MTSO selecciona un enlace de línea del emplazamiento conectado con esa célula y establece un camino de red entre el emplazamiento y el enlace de línea de la CO inicial que transporta la llamada. Esto se muestra en la Figura 4.15. La MTSO también se denomina central de conmutación del servicio móvil (MSC, Motile Switching Cerner). Es el elemento que controla todo el sistema. La MSC es responsable de ■ ■ ■ ■ ■

Todas las conmutaciones de las llamadas desde y hacia las células. Bloquear las llamadas cuando se produce congestión. Proporcionar a la red el soporte necesario. Monitorizar el conjunto de todos los elementos de la red. Gestionar todas las capacidades de prueba y diagnóstico del sistema.

Este elemento es «la muía de carga» del sistema celular. La MSC depende de dos bases de datos del sistema diferentes para mantener el seguimiento de las estaciones móviles en su área. La primera de las dos bases de datos se denomina registro de localización de abonados locales o domésticos (HLR, Home Location Register). El HLR es una base de datos que contiene a todos los elementos del sistema registrados en el mismo y que pertenecen al operador de la MSC. Son los terminales móviles locales conectados a la red. El HLR está al tanto de la posición o localización individual de cada terminal y almacena toda la información necesaria sobre el abonado. Esos datos incluyen el nombre, el número de telefono, las características y funciones, las responsabilidades fiscales y datos similares. La segunda base de datos se llama registro de localización de abonados visitantes (VLR, Visiting Location Register), el cual es una base de datos temporal que contiene a los móviles itinerantes que llegan a una particular área de la MSC. El VLR se encarga de estar al tanto de esos móviles, mientras se encuentran en cierta área, inclusive del intercambio de información de la localización con el HLR del abonado. Cuando un abonado accede a una red que no es la suya (domestica), el VLR crea una entrada de datos para éste, y mantiene la actividad y el uso de sus propiedades para ser consistente respecto al usuario. En algunas redes, la MSC utiliza otro conjunto de bases de datos. Hay dos separadas y con funciones distintas que son el registro de identidad de equipos (EIR, Equipment Inventory Register) y el centro de autenticación (AUC, Authentication Center). Ambas bases de datos son

Comunicaciones celulares

109

muy similares a las que se utilizan en las redes GSM y se encargan de la información relativa a los tipos de equipos del fabricante. El AUC se utiliza para autenticar al usuario y así prevenir el uso fraudulento de la red por parte de un dispositivo clonado.

TRASPASO ENTRE SISTEMAS Al igual que se describió el traspaso entre un emplazamiento y otro, éste también puede ocurrir entre dos sistemas de conmutación. Es un traspaso un poco más complicado. Cuando un teléfono en uso y servido por una MSC (la MTSO) se encuentra en movimiento pero el vehículo está próximo a salirse del alcance del área de servicio de la MSC, algo debe suceder para evitar que corten la llamada de quien la realizó. El gráfico de la Figura 4.16 muestra este suceso. Un mensaje se envía por la red IS-41 a las MSC del área desde donde se gestiona a quien realiza la llamada. La MSC envía la calidad del mensaje de la medida de la señal a las demás MSC (que puede ser una o muchas). Todas comienzan a escuchar en el canal de frecuencia utilizado por el que realiza la llamada. Después de un corto tiempo (menos de un segundo),

Figura 4.16. Comienzo del proceso del traspaso entre sistemas.

1 10

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

todas las MSC responden a la MSC servidora con los resultados de las medidas. Una de las MSC estará recibiendo la señal más fuerte, así que la MSC servidora selecciona a esa MSC. Después de seleccionar a la nueva MSC que servirá la llamada, la MSC servidora envía una directiva de servicios a la nueva MSC. Estas instrucciones indican la nueva MSC que active un enlace de línea entre las dos MSC (si se asume que existe un enlace de línea). Ahora la MSC actual se convierte en «MSC ancla» (anchor) y la nueva MSC se convierte en la MSC servidora de la llamada.

Finalización del traspaso Una vez que se ha promulgado una directiva de servicios y la nueva MSC responde, notifica a la MSC servidora que se ha conectado un enlace de línea y que en paralelo se ha establecido un nuevo canal de voz para el móvil itinerante que accede al sistema. Ahora la MSC envía por el aire a través del emplazamiento un mensaje al terminal del vehículo, ordenándole moverse al nuevo canal de la nueva MSC servidora. Entonces el vehículo vuelve a sintonizar la frecuencia de la señal al nuevo canal radio y la llamada continúa sin interrupciones.

Devolución del traspaso De vez en cuando, el móvil que llama viajará a una nueva área de servicio de la MSC y logrará realizar el traspaso. Sin embargo, la manera en que se establecen los límites geográficos posibilita que nuevamente sea devuelto a la antigua área de servicio. Mientras que el vehículo comienza a acercarse a la frontera, la actual MSC servidora informa a las MSC del área de la calidad de la iniciativa de la medida del servicio. De modo sorprendente, la MSC ancla (la MSC inicial) es la que recibe la señal más fuerte, según se muestra en la Figura 4.17. Ahora la nueva MSC servidora publica una directiva de servicios a la MSC ancla y le dice que en paralelo establezca un canal de voz para el que llama. Una vez que la MSC envía de vuelta su acuse de recibo, la MSC servidora ordena al móvil que se desplace al nuevo canal que se ha reservado para él en el área servidora de la MSC ancla. Se publica una directiva de servicios que libera la conexión del enlace de línea entre las MSC y el enlace de línea se viene abajo. Este proceso impide lo que se denomina el «problema del cordón».

Traspaso a una tercera MSC Vamos a suponer que el vehículo no fue rechazado y enviado de vuelta al área servidora de la MSC ancla, sino que continuaba hacia el este según se muestra en Figura 4.18. Ahora, como el vehículo se mueve a un entorno más cercano a la nueva área, la actual MSC servidora recibe un mensaje de vuelta de las células de que la señal se está debilitando. La actual MSC servidora distribuye una directiva de la medida de la calidad de la señal a un nuevo

A

Figura 4.17.

B

La devolución del traspaso evita el «problema del cordón».

Comunicaciones celulares

1 11

Figura 4.18. El traspaso a terceros permite al que realiza la llamada continuar hablando sin que se le corte la llamada.

grupo de MSC distanciadas. Esta vez una nueva MSC (etiquetada T) envía de vuelta a la MSC servidora (etiquetada S) un mensaje apropiado que indica que la potencia de la señal está aumentando. Ahora S pasará una directiva de servicios a T para conectar un enlace de línea entre S y T, y para establecer el canal paralelo del vehículo. Sobre el acuse de recibo, S enviará una orden al vehículo para que cambie los canales por los nuevos reservados por T. Entonces el móvil regresa a esa frecuencia y la llamada continúa. Observe que ahora tenemos tres MSC implicadas en la conexión; R es la MSC ancla, S es el nodo intermedio y ahora T es la MSC servidora. La llamada puede continuar conectada mientras los enlaces de línea están disponibles. Si por casualidad S y T no tuvieran conexión, las cosas serían diferentes. Si un enlace de línea estuviera también entre R y T, entonces se hubiera quitado a S del conjunto de la llamada y R, la MSC ancla, tendría una conexión línea-línea directamente a T. Este proceso es posible en algunas de las redes recíprocas que utilizan los distintos elementos.

ESTABLECIMIENTO SIN INTERRUPCIONES DE UNA RED CON IS-41 Y SS7 La intención de las interfaces IS-41 y SS7 es permitir a los operadores de redes inalámbricas comunicarse de manera transparente y sin interrupciones (seamlessly), entre ellos y dentro de cada uno de ellos. Por otra parte, con las interfaces SS7 hacia las redes fijas, las llamadas pueden entrar o salir de las redes inalámbricas de un modo impecable, según muestra la Figura 4.19. Esto ha estado en curso desde 1994 (dar o tomar) y parece moverse bastante bien. En realidad, los operadores de comunicaciones inalámbricas no tienen interfaces físicas hacia los proveedores o hacia las compañías telefónicas, pueden utilizar los servicios de la Red de Telecomunicaciones Independiente (ITN, Independent Telecommunications Network) para proporcionarlos como si fuesen una agencia de servicios, según honorarios. La interconexión entre las redes proporciona el funcionamiento compatible entre diversas redes basándose en estándares de la industria. Además, los enlaces IS-41 y SS7 se adaptan a las interfaces con centrales de portabilidad del número local (LNP, Local Number Portability). A medida que los suministradores de redes inalámbricas despliegan las LNP, tendrán que modificar sus redes para que sean compatibles con AIN-1. Cualquiera de ellos proporcionarán las actualizaciones o utilizarán las agencias de servicio, conforme a los honorarios. Lo significativo es cuando un número del sistema inalámbrico se porta fuera de las redes fijas, en ese caso los operadores de comunicaciones inalámbricas tendrán que sumergirse en las bases de datos y determinar que el número XX se ha portado. Así pues, la petición de ese número XX descubrirá que el número se ha portado. Los proveedores todavía están obstruyendo sus redes y no han finalizado las actualizaciones.

112

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Figura 4.19.

Establecimiento de una red sin interrupciones a través de diversas redes del proveedor.

ITINERANCIA AUTOMÁTICA Los sistemas IS-41 y SS7 proporcionan muchas de las características que se exigirán para la LNP. aunque serán necesarios algunos cambios. Primero, la itinerancia automática ayuda a definir la responsabilidad financiera de los operadores hacia sus abonados. En segundo lugar, ayuda a proporcionar interfaces sin interrupciones entre los sistemas inalámbricos y entre las interfaces SS7 de los operadores del sistema fijo y del sistema inalámbrico. Mientras que el sistema tiene lugar, la itinerancia automática permite que un usuario itinerante descubra al sistema doméstico cómo aprender la identidad de la actual CO servidora o del sistema visitado. En el sistema visitado, se establece un perfil para el móvil itinerante, que permite que la red encuentre al usuario final. Esta es la manera en que los proveedores de comunicaciones inalámbricas manejan la portabilidad (de clases). Sin embargo, cuando se les pregunta, muchos de los proveedores inalámbricos indican que si un cliente va a estar en un área por períodos de tiempo prolongados, los sacarán de su actual sistema domestico y los pondrán en uno nuevo. ¡Tanto para la transportabilidad! Por último, la itinerancia automática permite establecer la entrega de las llamadas. Los suministradores de servicios inalámbricos tienden a la transparencia con sus medidas de facturación y mantenimiento. En la facturación recíproca, se supone que las llamadas cuestan la misma cantidad de dinero para los operadores que originan la llamada como para los que las

Comunicaciones celulares

113

terminan. Por lo tanto, entre los operadores de servicios inalámbricos, no se cobran entre sí por los minutos que finalizan. Por otra parte, las empresas de telefonía fija cobran por los minutos que finalizan entre 0,25 y 0,3 dólares por minuto aproximadamente. Así pues, los operadores andan buscando la manera de escaparse de la facturación recíproca y de conseguir un acuerdo de «factura y mantenimiento» (bill-and-keep) con los proveedores de telefonía fija.

Capítulo 5 COMUNICACIONES PERSONALES

Nadie puede obviar los cambios que han tenido lugar en la industria desde el comienzo de los Servicios de comunicaciones personales (PCS, Personal Communications Services) La industria entera ha cambiado, haciendo de las comunicaciones una componente integral de nuestra vida diaria. Aquello que en el pasado se consideraba como frivolo (o sólo para los adinerados) hoy se ha vuelto de lo más común. Uno sólo tiene que coger el coche y observar a los demás conductores para reconocer que las comunicaciones personales son una realidad.

Por otra parte, la gente en todas las etapas de la vida ha aceptado el uso de los servicios de comunicaciones personales. Mire a su alrededor y observe dónde han penetrado los sistemas de comunicaciones personales. Aquello que una vez fue un servicio para ciertas empresas ahora es un componente diario para los estudiantes, la gente de negocios y la gente normal de la calle. El comunicador personal, el teléfono inalámbrico, se ha convertido en una herramienta imprescindible en casi todos los trabajos. Los días del simple dispositivo buscapersonas están acabando en cuanto el comunicador personal comienza a ser más asequible y competitivo en el precio. No hace demasiado tiempo, la industria quedó desconcertada ante las perspectivas de que todo el mundo tuviese un teléfono personal. Hoy en día, este concepto está más cercano que nunca a la realidad. De hecho, el uso de los PCS ha crecido tanto que ahora lo que está de moda es disuadir a la gente del uso de sus teléfonos. ¿Cuántas veces ha ido a una sala de cine en la que ha sonado un teléfono y el dueño ha mantenido una larga conversación? Los restaurantes se han inundado con tantas quejas de otros comensales que ahora ponen avisos que prohiben el uso de teléfonos inalámbricos en el comedor. Este fenómeno es el centro de atención de muchos otros grupos. Comienza a prohibirse el uso de los teléfonos celulares1 en los aeropuertos. Además, las autoridades locales de los Estados Unidos están extremadamente paranoicas con estos teléfonos debido al enorme uso por parte de los conductores al volante de sus vehículos y al incremento de accidentes (en muchos casos provocándolos). La conversación distrae al conductor que es incapaz de mantener ambas manos en el volante mientras que sostiene el teléfono en su oreja. Estos acontecimientos son sucesos comunes. Incluso hay gente que ahora toman las llamadas en su dispositivo personal de comunicaciones cuando están en hospitales e iglesias (durante servicios). Recientemente oí sonar un teléfono desde un confesionario. (¡Hablando de largas distancias!)

1 El término teléfono celular se utiliza en general para incluir los sistemas móviles y los comunicadores personales.

117

118

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Los estudiantes son ahora el blanco de estos dispositivos, en especial porque los precios de los teléfonos han caído y son «lo más» en el entorno social de los adolescentes. Muchos estudiantes han acudido a los teléfonos de diseño a fin de ser aceptados socialmente. Este comunicador no es un dispositivo de banda ancha; sin embargo, es el precursor de los dispositivos futuros. Los nuevos traerán más ancho de banda y más sofisticación a nuestras vidas diarias. ¡Hay que caminar antes de correr! Veremos cómo las comunicaciones de alta velocidad tienden hacia los dispositivos portátiles (de mano) en pocos años, incluidas las transferencias de datos a 170 Kbps en los sistemas de Servicio general de radiocomunicación por paquetes (GPRS, General Packet Radio Systems), a 2 Mbps en los sistemas inalámbricos de la tercera generación (3G), y hasta 64 Mbps para la videoconferencia en tiempo real. El tiempo necesario para estos cambios está disminuyendo rápidamente. Ahora, muchas de las organizaciones que apoyaban la arquitectura PCS han anunciado que introducirían soluciones inalámbricas 3G en los próximos años, sin embargo, la disponibilidad comercial puede tardar tiempo. La razón es que el empuje hacia la 3G ha encontrado cierta ralentización, debida en parte a lo que cada uno percibe como una escasez de demanda. Además, los retrasos en los procesos de regulación, la disponibilidad del espectro y la interoperabilidad tecnológica también han agravado la tardanza de las fechas previstas. Aunque basta decir que PCS está preparado para ponerse en marcha tan pronto como se resuelvan estas cuestiones. Los sistemas de comunicaciones personales han evolucionado a partir de las redes celulares inalámbricas y las redes GSM, por eso no es mucho el entusiasmo que rodea a este asunto. No obstante, mientras se construían las redes inalámbricas originales sobre un estándar de red analógico, se construían las arquitecturas de PCS. En consecuencia, se utilizan diversas propuestas para proporcionar las capacidades según los modelos de precios actuales. Más tarde trataremos la evolución de estos sistemas inalámbricos en cuanto a su capacidad como elemento comunicador del futuro para impulsar la sociedad hacia el nuevo milenio.

Comunicaciones personales

1 19

ESTÁNDARES CELULARES DE LA ACTUALIDAD _ Diferentes sistemas celulares emplean diferentes métodos para proporcionar el acceso múltiple al sistema. Los sistemas analógicos tradicionales, tales como aquellos basados en los estándares del Servicio de telefonía móvil avanzada (AMPS, Advanced Motile Phone Service) y del Sistema de control de acceso total (TACS, Total Access Communications System), utilizan el Acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA, Frequency División Múltiple Access).

FDMA Una gama de radiofrecuencias define los canales FDMA, que en general se expresan en un número de kilohercios (KHz) dentro del espectro radio. Por ejemplo, los sistemas primitivos de AMPS utilizan segmentos de 30 KHz para cada canal. El AMPS de banda estrecha (NAMPS) sólo utiliza 10 KHz por canal. Los canales de TACS son de 25 KHz. Con FDMA, sólo se asigna un abonado a un canal. Ninguna otra conversación puede acceder a este canal hasta que la llamada del abonado se acaba o hasta que el sistema traspasa la llamada original.

TDMA Un método de acceso múltiple que se emplea habitualmente en los nuevos sistemas celulares digitales es el Acceso múltiple por división de tiempo (TDMA, Time División Múltiple Access). Los estándares digitales de TDMA comprenden el sistema digital celular de Norteamérica (denominado IS-54 o D-AMPS), el sistema europeo denominado Sistema global para comunicaciones móviles (GSM, Global System for Motile Communications) y el japonés denominado Sistema celular digital personal (PDC, Personal Digital Cellular).

SISTEMAS DIGITALES FDMA utiliza el canal completo de 30 KHz para una única llamada telefónica, lo cual es obviamente derrochador. FDMA, una técnica analógica, se puede mejorar un poco al utilizar la misma frecuencia en un mecanismo dúplex por división de tiempo (TDD, Time División Dúplex). En este método, se utiliza un canal y se crean intervalos de tiempo. La conversación fluye desde A hacia B y luego desde B hacia A. El uso de este canal es ligeramente más eficiente. Sin embargo, cuando no se está enviando nada el canal permanece en estado inactivo (idle). Puesto que la transmisión digital introduce esquemas de multiplexación mejores, los operadores desean conseguir a más usuarios en un espectro de radiofrecuencias saturado. Las divisiones de FDMA se presentaron en el primer capítulo que introducía los conceptos de RF. Los servicios PCS digitales tratan la mejora de la seguridad y la reducción del fraude. Una vez más, el operador aspira al triunfo por las siguientes razones: ■ ■ ■ ■

Menos costes. Más usuarios. Mejor seguridad. Menos fraude.

120

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Sin embargo, en esta industria los ingresos han sido igualmente dudosos. Durante los últimos años, los ingresos han estado cayendo sin parar, en parte debido a la competencia y en parte debido a la eficiencia de la producción en masa. La culminación de esas caídas aparece con la disminución del coste por minuto en comunicaciones de larga distancia. Esta situación crea un enigma para los operadores que se encuentran con la necesidad de obtener financiación para la expansión de la infraestructura, la adquisición de propiedades para los emplazamientos y para competir por la oferta del espectro. Ante la firme disminución de los ingresos por usuario, el objetivo es captar más usuarios. Esta situación se convierte en un círculo vicioso. La Figura 5.1 es una representación de las escalas móviles que se observan en los ingresos. La Figura representa el ingreso medio debido sólo a la voz y al micronavegador (los dispositivos portátiles pueden tener acceso a la Web) fijo sobre una base global. El informe demuestra una disminución constante por año de los ingresos de los servicios por unidad. Este resultado también significa que a menos que se agreguen servicios de banda ancha y de datos, los operadores no podrán detener la disminución. Deben introducir nuevos servicios y servicios de banda ancha para generar corrientes de ingresos y de estilos de vida. Una vez que se tomaba la decisión de considerar la transmisión digital, el problema principal era cómo, qué medios utilizar y cómo migrar sin problemas la base de clientes existente hacia la tecnología digital. Las técnicas digitales disponibles para los operadores de PCS son: ■ TDMA. ■ CDMA. Las dos opciones que se vieron en este campo fueron los sistemas celulares digitales o los PCS. El sistema celular digital utiliza las bandas de frecuencias de 800 MHz a 900 MHz, mientras PCS funciona en las bandas de frecuencias de 1.800 MHz a 1.900 MHz. Los operadores y los fabricantes están utilizando una mezcla de estos sistemas que han suscitado diversas discusiones respecto a las ventajas e inconvenientes de cada opción. La realidad es que ambas tecnologías existen y se pueden utilizar de forma diferente.

Figura 5.1.

Ingresos medios en continua disminución en los próximos anos.

Comunicaciones personales

121

EVOLUCIÓN DIGITAL CELULAR Cada transición hacia la tecnología digital requiere un equipo nuevo, lo que implica nuevas inversiones de capital para los operadores de PCS. Por otra parte, como estos operadores compiten por el espectro de radiofrecuencias, también deben realizar inversiones significativas en las subastas de la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC, Federal Communications Comission). Esto pone una carga financiera inmensa en los operadores antes incluso de que comiencen la construcción de sus redes.

Acceso múltiple por división de tiempo (TDMA) TDMA utiliza un esquema de multiplexación por división en el tiempo donde los segmentos están asignados a múltiples conversaciones. TDMA se presentó en el Capítulo 3 «Técnicas de acceso para los sistemas radio» durante la discusión de los métodos de acceso. Varios usuarios comparten una única radiofrecuencia sin interferir con el otro porque utilizan intervalos de tiempo fijos que los mantienen separados. El estándar actual para TDMA divide un único canal en seis intervalos de tiempo. Así pues, tres conversaciones diferentes utilizan los intervalos de tiempo tras la asignación de dos intervalos por conversación. Esta distribución proporciona un aumento por tres en el número de usuarios en el mismo espectro de radiofrecuencias. Aunque TDMA se ocupa de la conversión analógico-digital mediante una técnica típica de modulación por impulsos codificados (PCM, Pulse Code Modulation), ésta funciona de un modo diferente en la transmisión radioeléctrica. La modulación PCM se traduce a una técnica de modulación cuaternaria de fase (quadraturephase-shift keying), que produce un desplazamiento de fase de cuatro estados, lo que duplica la tasa de datos (o velocidad) de la transmisión. La Figura 5.2 muestra los intervalos de tiempo típicos para TDMA. La industria de las comunicaciones inalámbricas comenzó a desplegar TDMA a principios de los años 90 cuando el escaso espectro de frecuencias radio llegó a ser más notable. El propósito era mejorar la calidad de la transmisión radio, así como mejorar la eficiencia del espectro disponible. TDMA puede aumentar por tres el número de usuarios en RF. No obstante, a medida que se utilizan más técnicas de mejora de PCS tales como las microcélulas y las picocélulas, el número de usuarios en el mismo espectro RF puede experimentar un crecimiento de hasta 40 veces. Uno puede darse cuenta de por qué es tan popular. TDMA tiene otra ventaja sobre técnicas analógicas (FDMA) más antiguas. En lugar de la transmisión analógica a través de la banda de frecuencias de 800 MHz (en Norteamérica es 800

122

Comunicaciones: inalámbricas de banda ancha

MHz, en gran parte del mundo es 900 MHz) que soporta un servicio primario (la voz), la arquitectura TDMA utiliza una entrada de datos PCM al espectro RF. Por lo tanto, TDMA también soporta servicios digitales para incrementos de datos de 64 Kbps. Las tasas de datos soportan a partir de 64 Kbps hasta centenares de megabits/segundo (120 Mbps). Por supuesto, estas velocidades se desarrollarán en un cierto plazo, pero es emocionante pensar que en un futuro será posible la transmisión por encima de 120 Mbps. Por ahora, muchos usuarios se conformarían con la opción de 64 Kbps. La utilización de los estándares de la industria es una atractiva oportunidad para los operadores que desarrollan los sistemas celulares digitales y PCS. Los dos estándares todavía en uso en la actualidad son el servicio IS-54, que es la primera evolución desde FDMA hacia TDMA para el sistema digital celular, y el servicio IS-136, que introdujo los datos y otros servicios. Entre ellos el Servicio de mensajes cortos (SMS, Short Message Service), la identificación de la llamada en pantalla, la transmisión de datos y otros niveles de servicio. Con el planteamiento de TDMA, los operadores creen que pueden satisfacer las necesidades del futuro de integrar la voz, los datos y el vídeo.

Penetración en el mercado Desde una perspectiva global, TDMA ha sido muy popular en los sistemas celulares digitales y en PCS. Esto se evidencia en el ámbito internacional; GSM (véase el Capitulo 6 «Sistema global para comunicaciones móviles (GSM)»), las redes celulares para comunicaciones personales de Japón (PDC, Japanese Personal Digital Celhdar) y las redes digitales establecidas en EE.UU., todas utilizan principalmente TDMA en su infraestructura. La Figura 5.3 es un gráfico de la penetración de los diversos servicios con respecto a CDMA sobre una base de 465 millones de abonados en todo el mundo en 1999. El mercado celular de Estados Unidos mostró una penetración del 31 por 100 en 1999. Sin embargo, los investigadores de la industria cuentan con que este número crezca hasta un 75 por 100 en los próximos años. Ese crecimiento se muestra en la Figura 5,4. En esta misma línea, se observa que TDMA continuará siendo popular aunque sufrirá una leve disminución en el futuro. Se estima que en unos años se produzca una desviación del 87 por 100 respecto a la penetración de mercado de 1999; CDMA y la tercera generación inalámbrica de CDMA (3G-CDMA) aumentarán aproximadamente un 40 por 100 la penetración del mercado global considerándose una población de 1.800 millones de usuarios. Esto se muestra en la Figura 5.5.

Figura 5.3.

Penetración aproximada de las diversas tecnologías en 1999.

Comunicaciones personales

123

Figura 5.4. La penetración total del mercado celular de Estados Unidos.

EL ESTÁNDAR CELULAR DE CDMA Al utilizar el acceso múltiple por división de código (CDMA, Code División Múltiple Access), los códigos digitales únicos, más que separar las radiofrecuencias o los canales, se utilizan para distinguir a los abonados. Los códigos que son compartidos por la estación móvil (teléfono portátil) y la estación base, se denominan secuencias de código pseudoaleatorias. Todos los usuarios comparten la misma banda del espectro. En telefonía celular, CDMA es una técnica de acceso múltiple digital especificada por la Asociación de la industria de las telecomunicaciones (TIA, Telecommunications Industry Association) como IS-95. En marzo de 1992, la TÍA creó el subcomité TR-45.5. El objetivo de este comité era desarrollar un estándar celular digital de espectro ensanchado. En julio de 1993, la TIA dio su aprobación al estándar de CDMA IS-95. Los sistemas IS-95 dividen el espectro radioeléctrico en portadoras de 1,25 MHz de ancho de banda. Uno de los aspectos únicos de CDMA es que, aunque el número de llamadas telefónicas que un operador puede manejar es ciertamente limitado, no es fijo. En su lugar, en la misma portadora de frecuencia se puede manejar un número variable de llamadas. La capacidad dependerá de muchos otros factores.

Figura 5.5.

Cambios en 2005 para TDMA y CDMA.

124

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

GRUPO PARA EL DESARROLLO DE CDMA El Grupo de Desarrollo de CDMA (CDG, CDMA Development Group) es una asociación de la industria sin ánimo de lucro constituida en 1994 para fomentar el desarrollo, la implementación y el uso de CDMA en el ámbito mundial. Las actividades principales incluyen el desarrollo técnico de características y de servicios, de relaciones públicas, de la educación y de seminarios, de procesos reguladores y del desarrollo internacional. Su implicación en el crecimiento de la popularidad de los sistemas CDMA ha sido exponencial. La Figura 5.6 es un gráfico de la comparación del crecimiento para CDMA y TDMA en el último año.

CDMA-PCS ¿Que es CDMA? CDMA es una tecnología de espectro ensanchado, lo que significa que expande la información que contiene en una determinada señal sobre un ancho de banda muy grande (en este caso de 1,25 MHz). 1S-95 utiliza una técnica de espectro ensanchado de acceso múltiple llamada CDMA por secuencia directa (DS, Direct Sequence). El espectro ensanchado por secuencia directa se abrevia como DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum). Durante una conversación (una llamada celular), se asigna a cada usuario un código binario, de secuencia directa. El código DS es una señal generada por la modulación lineal con secuencias de ruido pseudoaleatorias (PN,pseudo-random noise) de banda ancha. En consecuencia, DS CDMA necesita utilizar una señal mucho más ancha que otras tecnologías. Las señales de banda ancha reducen la interferencia y permiten la reutilización de la frecuencia de una célula. No hay división en el tiempo; todos los usuarios utilizan la portadora entera todo el tiempo. La cobertura celular de CDMA es contingente sobre la manera que se diseña el sistema. Las tres características principales del mismo son: ■ Cobertura. ■ Calidad. ■ Capacidad. Debe buscarse un equilibrio de estos parámetros para alcanzar el nivel óptimo de funcionamiento. En un sistema CDMA, estas tres características están muy interrelacionadas. Se puede alcanzar una capacidad mayor con un cierto grado de degradación en la cobertura, es decir, una capacidad 40 veces mayor y un sonido de calidad CD.

Figura 5.6.

Penetración del mercado celular por tipo (excluye a GSM).

Comunicaciones personales

125

El codificador de voz o vocoder (Voice Coder) de 13 Kbps proporciona una calidad de sonido mejor, pero reduce capacidad del sistema con respecto a un vocoder de 8 Kbps. Qualcomm ideó el uso de ambos vocoders de 8 Kbps y 13 Kbps. Motorola también utiliza muchas de estas tecnologías en sus sistemas. El mejor punto de equilibrio puede diferir de una célula a otra. Los emplazamientos en zonas de alta densidad de población sacrifican la cobertura para incrementar la capacidad. Sin embargo, en los bordes externos de un sistema donde se esperan pocos usuarios, la capacidad se puede sacrificar por el tamaño de la zona de cobertura. La detección de la actividad de la voz es otra variable que ayuda a aumentar la capacidad de un sistema CDMA. 1S-95 se aprovecha de la ganancia de la actividad de la voz con vocoders de tasa variable. Debemos entender que en una típica conversación telefónica una persona está hablando de forma activa sólo del 25 al 35 por 100 del tiempo. La diferencia se gasta en escuchar a la otra parte o es el tiempo de silencio, cuando ninguno de los dos está hablando. El principio detrás del vocoder de tasa variable es hacerlo funcionar a alta velocidad, que proporcione la mejor calidad del habla sólo cuando detecte la actividad de la voz. Cuando no se detecta el habla, el vocoder disminuirá su tasa de codificación porque no existe ninguna razón para tener codificación de alta velocidad con el silencio. La tasa codificada desciende a partir de 13 Kbps u 8 Kbps hasta 4 Kbps, 2 Kbps o incluso 1 Kbps. En este caso, el vocoder de tasa variable libera capacidad del canal y sólo utiliza las tasas más altas según lo necesite. Puesto que el nivel de interferencia creado por todos los usuarios determina de forma directa la capacidad del sistema y puesto que la detección de la actividad de la voz reduce el nivel de ruido en el sistema, la capacidad se puede maximizar.

CODIFICADORES DE VOZ MÁS SOFISTICADOS PCM es el codificador de voz o vocoder estándar que se utiliza en los sistemas de telefonía fija. Es sencillo, pero no muy eficiente. Produce sonido de alta calidad mediante el estándar de 64 Kbps que los operadores de comunicaciones inalámbricas quisieran igualar. Las comunicaciones cableadas todavía utilizan el vocoder PCM, a pesar de sus ineficiencias, porque el ancho de banda para el cable de fibra óptica y/o enlaces de microondas es barato. A la inversa, los vocoders inalámbricos tienen un ancho de banda obligatorio. En la actualidad existen diversos tipos de estándares para éstos, que ofrecen a los operadores la opción de una capacidad superior y una calidad de la voz mejor. Inicialmente, los sistemas CDMA utilizaron el vocoder de tasa de voz variable de 8 Kbps, revisión IS-96A. El vocoder transmite 8 Kbps de información de voz a 9,6 Kbps cuando se añaden los bits de corrección de errores y de tara. Como regla general, los vocoders de mayor tasa binaria proporcionan una réplica más exacta de la señal de voz. Sin embargo, los vocoders más antiguos eran diseños menos sofisticados, incapaces de igualar la calidad de voz de los nuevos a pesar de tener una tasa binaria superior. El vocoder CDMA también incrementa la calidad de la llamada al suprimir el ruido de fondo. Se elimina cualquier ruido constante (ruido del camino y ruido blanco). El vocoder interpreta los constantes sonidos de fondo como ruido, el cual no transporta ninguna información inteligente y lo elimina tanto como sea posible. Esto mejora enormemente la claridad de la voz en ambientes ruidosos, tales como el interior de coches, aeropuertos, aviones o restaurantes (si todavía dejan utilizar el teléfono en estos lugares).

MEJORAS DE LA CAPACIDAD La capacidad es una función del número de canales instalados en un área de cobertura determinada. Con un ejemplo de lo que hemos visto ya en un entorno de AMPS, vamos a considerar las posibilidades del uso de CDMA en la misma área geográfica. En un Capítulo anterior, se veía la posibilidad de utilizar células sectorizadas en AMPS. Esta opción mostraba dónde se podría

126

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

utilizar más de 300 canales dentro de la misma área física de una célula. Sin embargo, también exigía importantes mejoras en los equipos. Una portadora de CDMA requiere 1,25 MHz de ancho de banda. Puesto que AMPS con células de tres sectores utiliza un patrón de reutilización de siete células, en este ejemplo se difundirán los 1,25 MHz a través de siete emplazamientos. Cada uno de ellos perdería 180 KHz del espectro (1,25 MHz 7 = 0,80 MHz). Así, un total de seis canales AMPS deberían ser eliminados de cada emplazamiento (180 KHz 30 KHz/AMPS canal = 6). El resultado significa que deben quitarse 42 canales AMPS para soportar una portadora CDMA. A diferencia de AMPS, CDMA puede utilizar los mismos 1,25 MHz en los tres sectores en cada una de las siete células. Muchos de los diseños del sistema de Motorola, por ejemplo, soportan 18 canales de tráfico efectivo por sector en un sistema de tres sectores. Esto proporciona 54 canales efectivos por célula. Dadas las siete células, CDMA soporta 378 canales. Por lo tanto, en este ejemplo, CDMA consigue un aumento en la capacidad nueve veces mayor que la de AMPS (378/42 = 9). Continuamente se escucha hablar de incrementos entre ocho y diez veces con CDMA. Este ejemplo confirma de forma clara esos comentarios.

VENTAJAS DE CDMA Cuando la tecnología de CDMA se implementa en un sistema de telefonía celular proporciona muchas ventajas adicionales a los operadores celulares y a sus abonados. La Tabla 5.1 resume los beneficios de CDMA. Tabla 5.1.

Resumen de los beneficios de CDMA

Descripción

Beneficiario

I. La capacidad aumenta del orden de 8 a 10 veces la del sistema analógico AMPS

El proveedor celular: el incremento de los ingresos y las propias radiofrecuencias ayudan a que los proveedores de servicios aumenten su rendimiento. La tecnología CDMA de espectro ensanchado puede proporcionar hasta 10 veces la capacidad que ofrecen los equipos analógicos y 3 veces más la capacidad que facilitan otras plataformas digitales como por ejemplo TDMA. Con teléfonos duales, CDMA también es compatible con otras tecnologías, lo que proporciona para la itinerancia una cobertura sin interrupciones.

2. Mejora la calidad de la llamada, que ofrece un sonido mejor y más consistente comparado con el del sistema AMPS

El proveedor celular y el usuario: mejora todo el funcionamiento y la calidad de las comunicaciones de voz. CDMA filtra el ruido de fondo, el cruce de conversaciones y las interferencias, entregando mejor calidad de voz, mayor privacidad y mejor calidad en la llamada. El vocoder CDMA de tasa variable creado por Qualcomm traduce la voz en Os y ls. Estos vocoders operan a velocidades superiores (8 Kbps o 13 Kbps), lo cual cristaliza la claridad de la voz y también maximiza la capacidad del sistema. Hoy en día muchos de los esquemas de compresión en uso operan a 5,3-6,3 Kbps, los cuales tienen tendencia a distorsionar la conversación de voz y presentan problemas para pasar las comunicaciones de datos. CDMA combina múltiples señales y mejora la potencia de la señal. Esta característica elimina prácticamente la interferencia y el desvanecimiento. El ruido eléctrico (ruido de los aparatos) y el ruido acústico (conversaciones) se filtra. Este filtrado es posible mediante el uso de un ancho de banda estrecho que corresponde con la frecuencia de la voz humana. (Continúa)

Comunicaciones personales

Tabla 5.1.

127

Resumen de los beneficios de CDMA (Continuación)

Descripción

Beneficiario

3. La planificación del sistema queda simplificada por el uso de la misma frecuencia en cada sector de cada célula

El proveedor celular: facilidad de diseño c instalación. Menos coordinación de frecuencia requerida y menos interferencia dentro de las células y/o entre las células. Los sistemas CDMA pueden desplegarse y expandirse con mayor rapidez y rentabilidad, puesto que requiere menos emplazamientos.

4. Mejora de la privacidad

El proveedor celular y el usuario: la mejora de la seguridad implica menor preocupación. Menos desgana para utilizar el sistema. CDMA utiliza una transmisión de espectro ensanchado codificada digitalmente que se resiste a las escuchas secretas. Diseñado con 4,4 triUones de códigos, CDMA elimina virtuahnente la clonación y otros tipos de fraude.

5. Mejoras de la cobertura, que crea la posibilidad de utilizar menos emplazamientos

El proveedor celular: mayor cobertura y menos coste de todo al mismo tiempo, menos llamadas desechadas durante el traspaso porque habrán menos condiciones para el traspaso. El método del traspaso «suave» patentado por CDMA para pasar llamadas entre células reduce claramente el riesgo de interrupción o de caída de las llamadas durante un traspaso. El proceso del traspaso «suave» conduce a la disminución de las llamadas fallidas, puesto que siempre hay dos o tres células que supervisan las llamadas. La señal de espectro ensanchado CDMA también proporciona mayor cobertura, que permite que se construyan redes con menos emplazamientos que en otras tecnologías inalámbricas. El empleo de menos emplazamientos reduce los gastos de funcionamiento, lo cual supone grandes ahorros para ambos, el operador y los clientes.

6. Aumento del tiempo de voz para los móviles

El usuario tiene menos problemas respecto a la batería y a la facturación. Fallarán menos llamadas por motivos de escasez de la potencia. Los usuarios pueden dejar encendido su teléfono. CDMA utiliza el control de potencia para controlar en cualquier momento la potencia de su sistema y de su terminal. En la industria, los terminales CDMA habitualmente transmiten a niveles de potencia más bajos, lo que permite una vida de la batería más larga, dando como resultado la disponibilidad de más tiempo en conversación y tiempo en espera. Los terminales CDMA también pueden incorporar baterías pequeñas, lo cual proporciona teléfonos pequeños y más ligeros. Por lo tanto, son más fáciles de transportar o de usar.

7. Ancho de banda bajo demanda

El usuario: acceso en crecimiento > mejora de la utilización del ancho de banda. En la tecnología CDMA los usuarios pueden acceder a una amplia gama de servicios nuevos, incluidos la identificación de la llamada, los servicios de mensajes cortos y las conexiones a Internet. Las llamadas de voz y datos simultáneos son también posibles con la tecnología CDMA. Un canal CDMA de banda ancha (WCDMA) proporciona un recurso común que utilizan todos los móviles en un sistema basado en sus propias necesidades, tanto si están transmitiendo voz, datos, facsímil u otras aplicaciones.

8. Datos de paquetes

Las redes CDMA están construidas con el estándar de los protocolos de paquetes de datos IR Otras redes requieren costosas actualizaciones para añadir nuevos equipos de paquetes de datos a la red y precisarán nuevos teléfonos. Los teléfonos CDMA ya incluyen los protocolos TCP/IP y PPP en su diseño.

128

Comunicaciones inuhhnhricas ele banda ancha

CDMA HOY CDMA es la tecnología de comunicaciones inalámbricas que con mayor rapidez está creciendo hoy en día por todo el mundo. CDMA ofrece en la actualidad las tasas de datos más rápidas para las aplicaciones inalámbricas de datos, que son de hasta 64 Kbps. Entre tanto, en la actualidad GPRS sólo ofrece 28,8 Kbps y promete 170 Kbps para el futuro. CDMA es también la tecnología opcional para muchos de los productos y servicios 3G . Un único estándar de CDMA con tres modalidades proporciona a todos los operadores la flexibilidad para resolver la creciente demanda de los servicios avanzados de voz y de datos. El concepto más importante para cualquier sistema celular probablemente sea el del acceso múltiple, en cuanto al número de usuarios simultáneos que se pueden soportar. En otras palabras, una gran cantidad de usuarios comparte un conjunto de canales radio comunes y cualquier usuario puede acceder a cualquier canal (no se asigna ningún usuario de forma permanente al mismo canal: en su lugar él o ell a compite por el derecho a utilizar ei primer canal disponible). Un canal puede pensarse como un segmento del limitado espectro de radiofreeuencias asignado de manera temporal a la llamada telefónica de alguien. El acceso múltiple define cómo se divide el espectro radioeléctrico en canales v cómo éstos se asiunan a los usuarios del sistema.

RAZÓN FUNDAMENTAL DE LA POPULARIDAD DE CDMA A medida que la utilización del espectro de radiofrecuencias continuaba presionando sobre ese limitado recurso, los fabricantes de sistemas y los organismos reguladores buscaban alguna manera de compartir el espectro entre múltiples usuarios. Además, la compartición se agrava con la necesidad de asegurar la información mientras que está en el aire. Estas presiones han conducido a la técnica de ensanchamiento del espectro radioeléctrico. La porción del ensanche de estos sistemas al utilizar un grupo de chips (minibits) codificado en el sistema transmisor emplea un método de múltiples frecuencias (denominado saltos de frecuencia), o bien se utiliza otra técnica para crear un conjunto de chips codificados. Cualquiera de los dos caminos está diseñado para expandir tanta energía como sea posible sobre un margen de frecuencias más amplio que permita a la energía estar menos tiempo en el aire y asegure la integridad de la información que se envía. La técnica para los servicios de espectro ensanchado se denomina Acceso múltiple por división de código (CDMA, Code División Múltiple Access) con espectro ensanchado por secuencia directa (DSSS. Direct Sequence Spread Speclrum). Muchos de los operadores de PCS han elegido CDMA DSSS como opción para la codificación El método de cifrado de chips se u t i l i z ó en aplicaciones militares y zonas de elevado ruido donde el riesgo de interferencia era alto. Puesto que el espeetro ensanchado se ha introducido en el ámbito comercial, la FCC adjudico el espectro en la banda en torno a 1,9 GHz. Las restricciones en la distancia, en la utilización y en la potencia pueden eclipsar la s ventajas de los saltos de frecuencia.

TRASPASO «SUAVE» FRENTE A TRASPASO «BRUSCO» Los sistemas celulares tradicionales utilizan un traspaso «brusco» (hard handffi). de manera que el móvil desecha un canal antes de recoger el canal siguiente. Un traspaso «suave» (soft handoff) ocurre cuando dos o más emplazamientos supervisan un usuario móxil y ia circuiteria de! transcodificadoi transcoder (codificador y de-codificador de voz.) compara la calidad de las tramas de los dos emplazamientos receptores trama por trama. El sistema se aprovecha en catín momento de ios cambios en la potencia de la señal de las dos cékúas para seleccionar la mejor de ellas. Para asegurar que en el proceso de decodificaeion se u t i l i z a la mejor trama posible, el transcoder commut a hacia adelante v hacia atrás entie ambos emplazamientos implicados en el

Comunicaciones personales

129

traspaso «suave» del tipo trama por trama (si eso es lo que se requiere para seleccionar la mejor calidad de la conversación). Estos traspasos «suaves» también contribuyen al aumento de la calidad de la llamada proporcionando una marca antes de la pérdida de la conexión. ¿Cuántas veces hemos utilizado los antiguos sistemas y hemos experimentado que la llamada se ha cortado en el proceso del traspaso? Esa caída de la llamada es el resultado de la pérdida de la conexión RF a partir de una célula que durante el traspaso pretende establecer todo en la célula destino. Con tecnologías que no son CDMA, ese corte se escucha como una pequeña interrupción del habla. Las tecnologías de banda estrecha compiten por la señal. Cuando la célula B gana sobre la célula A, la célula A desecha al usuario (traspaso «brusco»). Con CDMA, las células trabajan juntas en equipo para alcanzar con éxito el mejor flujo de información posible incluso si se comparte entre las células. Finalmente, después de cierto tiempo la célula A no recibe ninguna señal del móvil con suficiente potencia y el transcoder sólo obtendrá tramas de la célula B. El traspaso habrá terminado sin ser detectado por el usuario. Los traspasos de CDMA no generan el hueco de voz que se escucha con otras tecnologías. Algunos sistemas celulares también sufren el efecto ping-pong (efecto de ida y vuelta) de una llamada que se conmuta repetidas veces entre dos células hacia delante y hacia atrás cuando el dispositivo móvil se desplaza a lo largo de alguna frontera de la célula. Peor aún, tal situación puede aumentar de forma que la posibilidad de que la llamada se pierda durante uno de los traspasos provoca como mínimo traspasos más ruidosos. El traspaso «suave» de CDMA evita este problema por completo. Finalmente, como una llamada de CDMA puede estar en una situación de traspaso «suave» entre tres células al mismo tiempo, las posibilidades de que la llamada se pierda disminuyen mucho. CDMA también proporciona traspasos «más suaves» (sof'tcr handoff). Se produce un traspaso «más suave» ocurre cuando un abonado se comunica simultáneamente con más de un sector de la misma célula.

ACTIVACIÓN SOBRE EL AIRE La activación sobre el aire es una característica clave en los futuros planes de negocios de muchos operadores de comunicaciones inalámbricas. Esta característica, desarrollada por el CDG, permite a un abonado potencial del servicio celular activar un nuevo servicio sin la intervención de terceros, tales como un distribuidor autorizado. Un usuario celular puede activar un servicio de usuario de característica controlada. Uno de los objetivos principales de la activación sobre el aire es proporcionar a una estación móvil una clave segura de autenticación para facilitar el proceso de autenticación. La autenticación es el proceso por el cual se intercambia información entre una estación móvil y la red con el propósito de confirmar y de validar la identidad del dispositivo móvil. El proceso de la autenticación da un resultado exitoso sólo cuando se demuestra que la estación móvil y la red poseen sistemas idénticos de los datos secretos que comparten (claves). La activación sobre el aire consiste en programar en el aire los Módulos de Asignación Numérica (NAM, Numcric Assignmenl Module), que se utilizan para autorizar un servicio celular con un determinado proveedor de servicios. La característica incorpora un algoritmo de acuerdos de intercambio de clave. Este algoritmo permite que la red intercambie los parámetros claves de la autenticación con una estación móvil. Estos parámetros se u t i l i / a n para generar la clave de la autenticación que se u t i l i z a para crear los datos secretos compartidos. El algoritmo de acuerdos de intercambio de clave mejora la segundad de las comunicaciones de! abonado y reduce el potencial del uso fraudulento de los servicios. Es similar a ia.i claves de cifrado utilizadas entre los sistemas informáticos. Si tiene el código correcto ( l a chive), puede acceder a la información. Si no tiene la clave apropiada, no puede leer los datos.

130

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Esta característica sólo ha contribuido a reducir sustancialmentc los costes de los proveedores en cuanto a la distribución y la activación, y también para reducir la frustración de los usuarios. Estas especificaciones pueden activar otras características. Por ejemplo, los abonados podrían acceder de forma sencilla a otros sistemas CDMA a través de actualizaciones automáticas de la información de itinerancia; o una nueva característica se podría activar, s in que el usuario siempre tenga que ir al lugar del proveedor celular.

¿QUÉ HAY SOBRE LOS DATOS? Los servicios de CDMA basados en la conmutación de circuitos proporcionan transmisión asincrona de los datos y de facsímil mediante una Unidad de interfuncionamiento (IWU, Interworking Unit). La IWU proporciona las funciones necesarias para que el equipo móvil se comunique con el terminal fijo en una red pública. Esta arquitectura adapta la interfaz aire y las líneas terrestres lo cual proporciona una retransmisión de protocolos que son únicos para la interfaz aire de CDMA, denominados Protocolos del radio enlace (RLP, Radio Link Protocol), y la adaptación de la tasa de datos. En cualquier momento durante una llamada se inician varios servicios de datos como posibles opciones disponibles. El proceso de negociación del servicio especifica si la opción se utilizará para el tráfico primario o secundario. Por lo tanto, el usuario puede conmutar entre los servicios de voz, datos y fax simplemente con iniciar y finalizar las opciones de servicio apropiadas. Estas facilidades han conducido a las innovaciones de Motorola y otros en el desarrollo CDG y el soporte de la interfaz L, el estándar IS-687 PN3473 de la TIA. La interfaz permite que las IWU y las pasarelas (gatewavs) de datos se comuniquen con el equipo de la infraestructura que también utiliza esta interfaz.

Tasas de datos/fax para la comunicación asincrona por conmutación de circuitos Los sistemas CDMA soportan servicios de datos síncronos y asincronos para emular una conexión tradicional de llamada por módem a la PSTN. En el sistema CDMA, el módem está en la red en lugar de en la unidad del abonado. Esto permite comunicaciones digitales directas sobre el canal radio. Presenta las ventajas de la transmisión digital real, que elimina la conversión de digital a analógica y después de nuevo a digital. Este planteamiento permite a la unidad del abonado comunicarse de forma transparente con cualquier módem de la red terrestre. El módem del usuario de la red terrestre puede soportar cualquier técnica de modulación existente de la Serie V. Típicamente, una tasa de datos de 9,6 Kbps se soporta con el vocoder de 8 Kbps y una tasa de 14,4 Kbps con el vocoder de 13 Kbps. Se han diseñado para velocidades más altas de hasta 64 Kbps. Cualquiera de las velocidades de transmisión del sistema CDMA se pueden utilizar para los datos. El control de flujo es una parte integral de los sistemas CDMA para que soporten transmisiones eficientes. Así, la tasa de la interfaz aire no necesita ser la misma que la de la línea terrestre. Por ejemplo, la de la interfaz aire puede ser más alta que la tasa de la línea terrestre para soportar a más usuarios que tienen demandas simultáneas de tráfico. El sistema CDMA también soporta los estándares de Fax del Grupo I I I que operan a partir de 9,6 Kbps hasta 14,4 Kbps.

Voz y datos simultáneos El sistema CDMA soporta la transmisión simultánea de voz y datos. Las dos secuencias digitales se multiplexarán trama por trama teniendo en cuenta que la voz tiene prioridad sobre los

Comunicaciones personales

131

datos para poder conservar una calidad de voz elevada. Se soportarán varios modos de operación, incluidos apagar y encender el servicio de voz durante una llamada de datos o añadir datos a una llamada de voz en el transcurso de la misma.

Servicios de paquetes de datos CDMA se define como un protocolo de bajo nivel. El sistema CDMA soportará los protocolos de niveles superiores que se utilizan comúnmente para las comunicaciones de datos, tales como TCP/IP. Al igual que la Capa 1 y 2 del modelo OSI, CDMA transportará los paquetes IR Todos los sistemas CDMA soportan el paso inherente de los datagramas 1P por el canal. La voz y los datos simultáneos estarán disponibles en el caso de las aplicaciones de paquetes de datos.

PROVEEDORES DE PCS Estos operadores buscan un nicho de mercado. Puesto que ofrecen servicios a sus clientes, se ven a sí mismos como la alternativa a los servicios de telefonía fija del ILEC y complementarios al mismo tiempo. Dependiendo de cómo reaccione el cliente, los proveedores de PCS se moverán hacia una posición determinada. Al consultar diversas propuestas con algunos suministradores de PCS, surgió la discusión sobre hacer que el número de teléfono PCS sea el único número del usuario. Ellos ofrecen las mismas características y funciones que los del servicio fijo, por ejemplo: ■ ■ ■ ■ ■

Desvío de llamadas (cuando está ocupado o no responde). Buzón de voz. Llamada a tres. Identificación de llamadas. Desvío de llamadas.

Los proveedores de PCS ahora están diciendo que el cliente puede utilizar el mismo número para su casa, su negocio y sus móviles. ¿Por qué pagar dos líneas y ofertas de servicios cuando puede hacerlo todo en un teléfono (y en un número)? Su argumento es en parte convincente, pero fracasan al mencionar el coste del tiempo en el aire para recibir llamadas y el coste añadido para realizar llamadas locales. Sin embargo, ahora están empaquetando estos servicios de una manera tal que esos costes son invisibles. El uso total de PCS continuará presionando a los proveedores de telefonía fija. En el futuro, la voz, los datos y el vídeo estarán disponibles desde un dispositivo de banda ancha. Estos proveedores continuarán inviniendo de forma selectiva en la arquitectura para satisfacer las futuras demandas de banda ancha y los nichos de mercado. En el futuro PCS será una de las principales fuentes de servicios.

Capítulo 6 SISTEMA GLOBAL PARA COMUNICACIONES MÓVILES

A principios de los años 80, los sistemas analógicos de telefonía celular crecían con rapidez en el mercado europeo, en particular en el Reino Unido, Francia, Alemania y Escandinavia. En cada país, los proveedores habían desarrollado sus propios sistemas operativos internos para soportar esta nueva revolución de las comunicaciones móviles. Por desgracia, estos sistemas desarrollados ¡ocalmente en cada país eran incompatibles entre sí v entre países. Obviamente, para la introducción de un nuevo sistema esta situación era la menos deseable de todas, pues dejaba insatisfechos tanto a los operadores como a los usuarios. Algo debía de hacerse para crear un planteamiento unificado que armonizase las redes y los sistemas de comunicaciones inalámbricas. En 1982, la Comisión europea de administraciones postales y de telecomunicaciones (CEPT, Conference of European Posts and Teleeommunieations) creó un grupo de estudio para que analizase las pautas a seguir. Este grupo de estudio recibió el nombre de Groupe Special Mobile (GSM). Su misión consistía en desarrollar un sistema que operase a través del mercado europeo. Las propuestas que presentaron debían ser capaces de cumplir ciertos criterios, tales como los siguientes: ■ ■ ■ ■ ■ ■

Buena calidad de voz. Bajo coste de los equipos. Uso eficiente del espectro RF. Capacidad de soportar los nuevos teléfonos de mano. Capacidades de itinerancia transparente. Compatibilidad con la red ISDN.

Los comités hicieron bien su trabajo y rápidamente aprobaron las normas y las especificaciones para crear un sistema especial de comunicaciones móviles capaz de funcionar más allá de las fronteras internacionales que hasta ahora habían estado bloqueadas. A finales de 1989 se entregaron al Instituto europeo de normalización de telecomunicaciones (ETSI, European Teleeommunieations Standards Institute). En 1990 se publicaron las especificaciones del sistema GSM. Todo este proceso ocurrió con relativa rapidez, si se tiene en cuenta que en esta industria el establecimiento de las normas se caracteriza por la constante lucha entre los aspectos políticos y los económicos. No obstante, condujeron a la puesta en marcha de muchos sistemas GSM; en 1993, había 36 redes operativas en 22 países, lo que significaba el rápido desarrollo v la aceptación de una red basada en un estándar único. En la actualidad, cerca de 300 operadores en 133 países va han respaldado y aceptado las especificaciones del sistema GSM para el estándar de su red inalámbrica local y nacional. El gráfico de la Figura 6.1 muestra las estimaciones que resaltan el crecimiento de la industria GSM alrededor del globo. En Norteamérica, varios operadores han introducido el sistema GSM en sus redes, mostrando un planteamiento unificado a la normalización universal. En algunos casos, las instalaciones de GSM en Norteamérica utilizan una variante denominada PCS 900. 135

136

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

El gráfico muestra los porcentajes de usuarios GSM en tocio el mundo según la región. La labia 6. I es el resumen de los abonados reales de las diversas tecnologías GSM en valores numéricos. El total asciende aproximadamente al 58 por 100 de las implementaeiones inalámbricas de todo el mundo comprendiendo las bandas de 900 Mil:, 1X00 MH: y 1900 Mllz. En Norteamérica, Estados Unidos v Canadá, 17 operadores dan servicio por todo el continente a 109 millones de usuarios a través de 1.550 ciudades. La combinación global del Acceso múlt i p l e por división de tiempo (TDMA, Time División Múltiple Access) r del abonado GSM de cinco continentes era aproximadamente de 465 millones a finales del año 2000. Estu cantidad representa el 70 por 100 de los 655 millones de abonados inalámbricos estimados en lodo el mundo. Mediante la unión de fuerzas para lograr el desarrollo de las normas de interoperahilidad que posibilitan la itinerancia global, los operadores podrán ofrecer a sus clientes un servicio internacional sin interrupciones.

EL CAMBIO ESTÁ EN MARCHA El mundo de las telecomunicaciones está cambiando al mismo tiempo que las tendencias de la conveniencia de los medios de comunicación, la consolidación de la industria, las tecnologías de

Tabla 6.1.

Cuota del mercado GSM 900/1800/1900 MHz por regiones

Región

Número de usuarios en millones

Europa

248.4

Sudamérica

62.4

Estados Unidos y Canadá

I09.7

África

15.9

Oriente Medio

10.5

Asia- Pacífico

219.5

Sistema global para comunicaciones móviles

137

Internet y del protocolo IP (Internet Protocol), y las comunicaciones móviles confluyen en un punto. Esta rápida evolución de la tecnología traerá cambios significativos. Con la tercera generación (3G) se está produciendo un abandono radical de todo aquello que vino asociado a la primera e incluso a la segunda generación de la tecnología móvil. Algunos de los cambios son: ■ La gente mirará a sus teléfonos móviles al igual que lo sostiene en su oreja. Propiamente dicho, 3G será menos segura que las generaciones anteriores porque la televisión y otros servicios multimedia tienden a atraer la atención hacia sí mismos; ¡en lugar de «kits» de manos libres, necesitaremos «kits» de ojos libres! ■ Las aplicaciones 3G de datos (no de voz) serán tan importantes como las tradicionales aplicaciones de voz y serán muy diferentes a éstas. ■ Las comunicaciones móviles serán similares en su capacidad a las comunicaciones fijas, de manera que mucha gente sólo tendrá un teléfono móvil. ■ El teléfono móvil se utilizará como parte integral de la vida de la mayoría de las personas. No será un accesorio añadido, sino una pieza básica de sus vidas diarias. El teléfono móvil llegará a identificarse con un mando a distancia o con una varita mágica que permite a la gente hacer lo que desea, cuando y donde quiera. Los terminales 3G serán considerablemente más complejos que los actuales teléfonos GSM debido a que necesitarán soportar vídeo, más capacidad de almacenamiento, múltiples modos, nuevo software e interfaces, mayor duración de la batería, etcétera. La escasez de terminales ha resultado ser el mayor inhibidor de nuevos servicios como el Protocolo de aplicaciones inalámbricas (WAP, Wireless Application Protocol) y la plataforma de Datos por conmutación de circuitos a alta velocidad (HSCSD, High Speed Circuit Switched Data). En la trayectoria de la evolución de los datos para GSM, cada etapa desde hoy hasta la generación 3G requiere un terminal nuevo. Otra vez se observa que los terminales desempeñan una misión crítica y que el volumen de su disponibilidad será un factor crítico para determinar el éxito de 3G.

CONCEPTO Y SERVICIOS GSM La planificación de las especificaciones del estándar GSM no era una tarea sencilla. En un principio se pretendía superar todos los escollos de las anteriores tecnologías y redes de telecomunicación. Uno de los temas era el uso de una capacidad de canal de 64 Kbps para la integración de RDSI. Sin embargo, al utilizar un sistema de comunicaciones inalámbricas, la señalización en banda y la sustracción de bits no eran favorables para la entrega de un canal completo de 64 Kbps. La arquitectura básica de GSM está indicada para soportar un servicio primario, que desde una perspectiva móvil es un servicio de telefonía. No importa qué modelo de arquitectura se emplea, las técnicas de codificación suelen transmitir la voz como una cadena de Os y ls digitales. GSM contiene un sistema de respuesta a emergencias similar al de los servicios 911 de Norteamérica, a través del cual se notifica a la agencia local la respuesta a una emergencia mediante un número de tres dígitos. Otros servicios se incluyen automáticamente en el funcionamiento de un servicio y de la red GSM, por ejemplo: ■ ■ ■ ■ ■ ■

Datos por conmutación de circuitos. Datos por conmutación de paquetes. Voz. Servicios de mensajes cortos (SMS, Short Message Services). RDSI. Facsímil utilizando un servicio de fax del Grupo 3 de la ITU.

138

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

ARQUITECTURA DE LA RED GSM La red se compone de varios elementos, que no son distintos a los de las anteriores redes celulares analógicas. La funcionalidad de cada uno de los componentes describe la complejidad total y el grado de robustez construidos sobre la red. Las unidades se muestran en la Figura 6.2, que representa la disposición de los elementos y la interrelación con cada uno. La Figura muestra los componentes, mientras que la función real que cada uno realiza se describe en la siguiente sección. En la red GSM entran enjuego tres elementos importantes: la estación móvil, la estación base y el sistema de conmutación. ■ La unidad o estación móvil. La unidad móvil o estación móvil consiste en un teléfono o terminal móvil y normalmente una tarjeta inteligente conocida como módulo interfaz o módulo de identidad del abonado (SIM, Subscriber Identity Module). La tarjeta SIM proporciona la movilidad al individuo de modo que un usuario puede itinerar (roaming) sin interrupciones y disponer de todos los servicios contratados, sin importar el terminal. Al insertar la tarjeta SIM en el dispositivo, éste adquiere la personalización del usuario final. A continuación, el usuario puede realizar y recibir llamadas, así como disponer de las propiedades permitidas por su contrato, incluso si el terminal móvil es temporal. La unidad móvil posee un identificador específico para el equipo físico denominado Identidad internacional del equipo móvil (IMEI, International Motile Equipment Identitv). La tarjeta SIM contiene un número que identifica al abonado individual del sistema móvil denominado Identidad internacional del abonado móvil (IMSI, International Motile Subscriber Identitv). La identidad IMSI además contiene la información de la autenticación en forma de clave cifrada. En general, contiene cualquier información pertinente requerida por el operario de los sistemas. Puesto que ambos identificadores son únicos e independientes entre sí, la movilidad del usuario está asegurada. ■ El subsistema de estación base. El subsistema de estación base consta de dos partes. La primera es la unidad funcional constituida por los equipos transceptores de la estación base (BTS, Base Transceiver Station). La segunda parte es el Controlador de la

Sistema global para comunicaciones móviles

139

estación base (BSC, Base Station Controller). Estos dispositivos se comunican con los demás componentes del sistema o con otros equipos de diferentes fabricantes a través de una interfaz del estándar (la interfaz Abis). La BTS contiene los sistemas radio para la interfaz aire (o interfaz radio) hacia la unidad móvil del abonado. Los protocolos del enlace radioeléctrico para GSM se utilizan entre la BTS y la estación móvil. La interfaz aire típica de GSM utiliza los protocolos radio del Acceso múltiple por división de tiempo (TDMA, Time División Múltiple Access). La BSC gestiona los recursos radioeléctri-cos de al menos una BTS, aunque posiblemente gestiona muchas más. La BSC también es la interfaz entre la estación móvil y la Central de conmutación del servicio móvil (MSC, Mobile Switching Center). El conjunto formado por la BTS y la BSC se define como el Subsistema de estación base (BSS, Base Station Subsystem). ■ El subsistema de conmutación y red. En el núcleo del subsistema de conmutación y red está la MSC. Actúa como la central telefónica de Clase 5 de la Red telefónica conmutada pública (PSTN, Public Switched Telephoned Network). Además, la MSC ejecuta todas las funciones de conmutación y procesamiento necesarias para el establecimiento de las llamadas originadas o terminadas en la estación móvil, así mismo proporciona otras funciones adicionales como la autenticación, el traspaso de las llamadas móviles, el registro en la red y diversas funciones de las bases de datos. También proporciona la interfaz a las redes de señalización para el establecimiento y liberación de la llamada a través de las redes CCS7 (SS7). En la propia MSC se encuentra el Registro de localizacion de abonados locales o domésticos (HLR, Home Location Register), que es una base de datos con los usuarios registrados en un sistema concreto de la red. El registro HLR es el propietario de la tarjeta SIM de los abonados de un determinado operador de red. Cuando un usuario se desplaza de un sistema a otro actúa el Registro de localizacion de abonados visitantes (VLR, Visiting Location Register). El registro VLR es una base de datos temporal que contiene a los dispositivos que visitan cierta área de funcionamiento del sistema. El VLR notificará al HLR del individuo que el dispositivo está temporalmente en una nueva localizacion (situación) y que él gestionará todos los pedidos de servicio. Lógicamente, en cada red GSM sólo existe un HLR, aunque éste puede estar distribuido a través de diversas localizaciones. El VLR también contiene la información seleccionada del HLR que proporciona todos los datos necesarios para el control de la llamada del abonado. Por lo tanto, debe observarse que la MSC no participa en la información específica de los dispositivos porque ésta reside en las bases de datos (registros) antes que en el sistema de conmutación. Otros registros adicionales se utilizan para mejorar el control, tales como el Centro de Autenticación (AUC, Authentication Center) y el Registro de Identidad de Equipos (EIR, Equipment Inventory Register). El AUC es un servidor de autenticación utilizado para verificar información específica del usuario, como las contraseñas y claves de autenticación. Las contraseñas y claves de autenticación se utilizan en la interfaz radio, de forma que el AUC valida y protege la información. El registro EIR es una base de datos con la información específica del proveedor de todos los dispositivos de radiocomunicación utilizados en la red, por el fabricante y por el IMEI. Si el terminal es robado o sospechoso de fraude, su IMEI queda marcado como inválido en la base de datos, de esta forma podrá denegarse el uso de la red a todo usuario con un dispositivo clonado o robado.

LA INTERFAZ AIRE Y LA INTERFAZ DE LÍNEA En Europa la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU, International Telecommunications Union) asignó el espectro de radiofrecuencias en la banda de 890 MHz a 915 MHz para el

140

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

enlace ascendente y en la banda de 935 MHz a 960 MHz para el enlace descendente. La Figura 6.3 muestra las bandas de frecuencias empleadas en el enlace ascendente y descendente. El enlace ascendente corresponde al sentido de la comunicación desde la unidad móvil a la estación base, mientras que el enlace descendente corresponde al sentido desde la estación base a la unidad móvil según se muestra en la Figura 6.3. Puesto que las redes analógicas iniciales ya utilizaban estas mismas frecuencias, la Conferencia Europea de Administraciones Postales Y de Telecomunicaciones (CEPT, Conference of Euro pean Posts and Telecommunications) reservó 10 MHz del extremo superior de cada banda para la red GSM, que por aquel entonces todavía estaba en desarrollo. Esto significa que las redes GSM operan con la capacidad de 905 MHz a 915 MHz del enlace ascendente y con la capacidad de 950 MHz a 960 MHz del enlace descendente. En breve tiempo las redes analógicas desaparecerán totalmente y los 25 MHz completos de cada banda se adjudicarán a las redes GSM.

TÉCNICAS DE ACCESO EMPLEADAS El sistema GSM, según se indicó anteriormente, utiliza TDMA en la interfaz aire. En realidad, GSM utiliza una combinación de TDMA y de Acceso múltiple por división defrecuencia (FDM A, Freguencv División Múltiple Access). En la banda de 25 MHz que se adjudica a GSM, FDMA se utiliza para dividir ese espectro de 25 MHz en un total de 124 frecuencias portadoras espaciadas por una separación de canales de 200 KHz. Una o más de estas frecuencias portadoras se asigna a cada una de las estaciones base. A partir de ahí, cada una de las frecuencias portadoras se subdivide en divisiones de tiempo utilizando TDMA. El elemento básico de TDMA es la ráfaga (burst) de datos que dura un período de ráfaga de 0,577 ms. Ocho períodos de ráfaga se agrupan en una trama (frame). La trama TDMA dura aproximadamente 4,615 ms. Esta trama forma la base de un canal lógico. Un canal físico en una trama TDMA es un período de ráfaga.

Figura 6.3. El espectro asignado al enlace ascendente y descendente.

Sistema global para comunicaciones móviles

141

El número y la posición correspondientes de su período de ráfaga definen los canales. Todas las definiciones operan en un ciclo de patrones que se repiten cada 3 horas.

CAPACIDADES DE LOS CANALES DE TRÁFICO Un canal de tráfico (TCH, Trqffic Channel) transporta tráfico de voz o datos. Los canales de tráfico se definen mediante grupos de 26 tramas TDMA denominados multitramas (multiframes). Una multitrama dura 120 ms (120 ms/26 tramas/ocho periodos de ráfagas por trama). La multitrama se divide en las siguientes partes: ■ 24 tramas que transportan tráfico. ■ Una trama que transporta un canal lento de control asociado (SACCH, Slow Associated Control Channel). ■ Una trama que no se utiliza. La Figura 6.4 muestra la división de la trama. Los canales de tráfico se separan entre el enlace ascendente y descendente por tres períodos de ráfagas, así el móvil no tiene que enviar y recibir simultáneamente. Esta circunstancia simplifica la electrónica utilizada en el sistema. GSM también tiene provisiones para los canales de velocidad mitad (half-rate channel), aunque su implementación no es del todo habitual. Los canales TCH de velocidad mitad al final doblarán la capacidad del sistema. Para ello, utilizarán los codificadores de voz de velocidad mitad (con 7 Kbps para voz en vez de 13 Kbps, la tasa habitual).

FUNCIONES DE CONTROL Muchos de los aspectos de GSM utilizan los canales de control común para el modo inactivo o libre (idle) o para los canales móviles dedicados. Los sistemas inactivos o desocupados utilizan estos canales comunes para intercambiar información de señalización entre la estación base y el móvil con el propósito de cambiar de modo libre a modo dedicado. Un canal dedicado se

Figura 6.4.

Distribución de multitramas y tramas TDMA.

142

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

asigna a un móvil determinado mientras está enganchado a la conversación; sin embargo, se utiliza un modo inactivo cuando el móvil no se encuentra en conversación. Los móviles que están en un modo dedicado supervisan todas las estaciones base cercanas para la información del traspaso y otras de control. Para separar los canales comunes y los dedicados, los canales comunes se definen en una multitrama de 51 tramas. De esta manera, un móvil dedicado puede utilizar la multitrama de 26 tramas para el habla y el tráfico, con todo puede aún escuchar a los canales de supervisión. Se definen varios canales comunes: ■ Canal de control de difusión (BCCH, Broadcast Control Channel). Difunde constantemente información respecto a las frecuencias, los patrones de los saltos de frecuencia y otra información del enlace descendente. ■ Canal de control de frecuencia y sincronización. Patrón de sincronización del tiempo utilizado para alinear los intervalos de tiempo de las células. Las células utilizan un canal de cada uno de esos canales destinado al intervalo número 0 del canal dentro de la trama TDM A. ■ Canal de acceso aleatorio (RACH, Random Access Channel). Canal basado en el protocolo ALOHA ranurado utilizado por la unidad móvil para pedir acceso a la red. ■ Canal de radiobúsqueda (PCH, Paging Channel). Se utiliza para avisar a la unidad móvil sobre una petición de llamada entrante. ■ Canal de acceso concedido (AGCH, Access Grant Channel). Se utiliza para designar a un móvil un canal de control dedicado autónomo para señalización, normalmente para atender a una petición de acceso a la red.

La ráfaga de datos La Figura 6.4 muestra el formato de una trama TDMA. Esta Figura también indica la organización de las ráfagas de datos. La ráfaga normal (Normal burst) transporta la información de los datos y de la señalización. Esta ráfaga tiene una duración de 156,25 bits, que consta de dos campos de datos de 57 bits, una secuencia de aprendizaje o entrenamiento (training sequence) de 26 bits para la igualación, un bit de sustracción (robbed bit) para sincronización en cada campo de datos, tres bits de cabeza y cola o bits de remolque (trailer bits) en cada extremo y una banda de guarda (guard band) con una duración de 8,25 bits. Los 156,25 bits se transmiten en 0,577 ms asignados, lo que proporciona una velocidad de datos de 270,833 Kbps.

Formatos de codificación de voz Cuando se codifica la voz, se tiene un sistema de transmisión digital. Así pues, la voz analógica se digitaliza antes de la transmisión. Las arquitecturas de los sistemas de telefonía fija utilizan técnicas estándares de Modulación por impulsos codificados (PCM, Pulse Code Modulation) para la codificación digital de una señal de voz a una velocidad de transmisión de datos de 64 Kbps. Sin embargo, a través de señales radioeléctricas es demasiado difícil lograr los 64 Kbps. Una técnica de compresión y de codificación del habla que utiliza una forma de codificación lineal predictiva (LPC, Linear Predictive Coding) produce un patrón de voz de 13 Kbps. En realidad la voz se divide en muestras de 20 ms, codificadas con 260 bits cada una, lo que produce voz a 13 Kbps.

ESTRUCTURA DE LOS PROTOCOLOS E INTERFACES DE RED Cuando se utiliza GSM, se presenta para los diversos protocolos e interfaecs un planteamiento del protocolo en capas, necesario para proporcionar transparencia a través del medio. La Figu-

Sistema global para comunicaciones móviles

143

ra 6.5 describe la pila de protocolos con los diferentes componentes de la arquitectura de red. La pila de protocolos para la estación móvil está en el extremo izquierdo de la Figura. El protocolo de TDMA reside en la interfaz de la capa física (la interfaz aire). El protocolo de acceso al enlace de datos para comunicaciones móviles (LAP-Dm, Link Access Protocol Data for Mobile) que procede del protocolo de la capa de enlace de datos LAP-D de la Red digital de servicios integrados (RDSI o ISDN, Integrated Services Digital Network), funciona en la Capa 2. La capa GSM (Capa 3) se subdivide en tres subeapas: la subeapa de gestión de los recursos radio, la subeapa de gestión de la movilidad y la subeapa de gestión de las comunicaciones. Como la información se traspasa entre la unidad móvil y la BTS, las capas son similares, pero sólo desde la capa TDMA hasta la subeapa de gestión de los recursos radio. Las subeapas superiores de la Capa 3 no se utilizan en la parte del usuario hacia la interfaz móvil. Esta relación se muestra en la siguiente parte del dibujo en la segunda pila de protocolos de la izquierda. La interfaz Abis se utiliza entre las BTS y BSC. En la pila de protocolos, el de la Capa 1 es el protocolo de la parte de transferencia de mensajes/móvil (MTP, Mobile/Message Transfer Parí), que actúa en las tres capas inferiores de las interfaces típicas de la arquitectura OSI. La parte de control de la conexión de señalización (SCCP, Signalling Connection Control Parí) y la parte de aplicación móvil del sistema de estación base (BSSMAP, Base Station System Mobile Application Parí) se combinan para formar el equivalente de una pila de protocolos SS7. Esta parte se muestra en la tercera pila de la izquierda. BSSMAP es el equivalente de TCAP, según se observa en la Figura 6.6, la cual es una mera comparación con la pila de protocolos del Sistema de Señalización n." 7 (SS7, Signaling System 7). La pila que queda en la parte derecha de la Figura 6.6 muestra los protocolos de la MSC según recibe la señal. En ese caso, se muestran las partes de gestión de la movilidad y gestión de las comunicaciones en las capas superiores de la pila. Estas piezas adicionales incluyen esas características y funcionalidades añadidas en la pila de protocolos para soportar lo siguiente: ■ Gestión del recurso radio. Se ocupa del establecimiento y del mantenimiento del enlace, del traspaso entre diversas estaciones base y de la coordinación del espectro necesario en una determinada operación de la estación base. También se utiliza al establecer la asignación del canal necesario para cuando llega una llamada o se inicia una radiobúsqueda a través de la interfaz radio.

144

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

■ Gestión de la movilidad. Se ocupa de las constantes actualizaciones de la localización entre la función del HLR y del VLR. También incluye la gestión de la autenticación, del inventario del equipo y las capacidades de la seguridad. ■ Gestión de las comunicaciones. Se ocupa del control del establecimiento de la llamada y de las funciones de encaminamiento y liberación de la llamada. La función de control de la llamada intenta utilizar un punto Q.93 1 para el encaminamiento y la entrega de llamadas. Los protocolos de GSM son similares pero únicos desde la red de telefonía fija estándar. Este es el equivalente de ISUP desde el punto de vista de SS7.

ALGUNAS REFLEXIONES SOBRE GSM El sistema GSM presenta una plataforma estandarizada para las comunicaciones dentro de un entorno móvil. En Norteamérica, se utilizaron varios planteamientos diferentes para implementar los servicios de comunicaciones móviles y personales. El resto del mundo ha participado en un medio global para proporcionar las capacidades de transparencia e itinerancia sin interrupciones necesarias para conseguir el espíritu verdadero de las comunicaciones. En Europa, un usuario puede alquilar un equipo de telefonía (o comprar uno) e insertar la tarjeta inteligente en él. Inmediatamente, el sistema adquiere la identidad del individuo que inserta la tarjeta. Desde la información de facturación, las características y los servicios suscritos hasta acreditar la validación y la autenticación, el telefono móvil ahora posee todas las características suscritas del individuo. De hecho, esta situación corresponde a una verdadera portabilidad porque la tarjeta inteligente también puede contener el número de teléfono de la persona asociada a ella. De país a país, la itinerancia sucede a diario en el extranjero. Todavía en Norteamérica, la itinerancia s in interrupciones sólo ocurre dentro de operadores y redes específicos donde hay acuerdos recíprocos. Esto significa que todavía en ambas partes del mundo se están utilizando diferentes estándares.

Sistema global para comunicaciones móviles

145

La mayoría de los países han adoptado el sistema GSM como plataforma global. La comunidad norteamericana dispone de muchos estándares; la mayoría de ellos no son compatibles con los demás. Esta es la triste realidad de un hecho que se repite. Si un usuario elige cambiar de suministrador, es posible que deba cambiar la tecnología del teléfono, lo cual no sucede en el mercado internacional. La ITU está trabajando en el estándar del móvil de tercera generación. Por desgracia, el espíritu global de las comunicaciones ha sido producto de nuestra imaginación porque los estándares son diferentes en los diversos países del mundo. El mercado norteamericano cuenta con más de 109 millones de usuarios inalámbricos, que tienden hacia una red de comunicación de banda ancha y hacia los servicios de comunicaciones personales que se citan a continuación. Esta es una parte ciertamente significativa de las instalaciones mundiales (57 por 100) para las comunicaciones inalámbricas. No se pueden pasar por alto los múltiples estándares como: ■ GSM-TDMA. ■ Norteainérica-TDMA (1S-54). ■ CDMA (IS-95). ■ TDMA (IS-136). ■ AMPS. ■ DECT.

NECESIDAD DE INTEROPERABILIDAD Muchos otros estándares se han desplegado o se han implcmentado sobre una base esporádica. El estándar que se ha implementado por todo el mundo es el sistema GSM. El estándar del móvil de tercera generación puede convertirse en una realidad ahora que se han forjado algunos acuerdos entre muchos de los participantes (Ericsson y Qualcomm, por ejemplo). En la actualidad, ninguna tecnología inalámbrica puede atribuirse una cobertura completa en todo el mundo. El sistema GSM tiene una gran cobertura en Europa, Asia y África. Aunque también se ha desplegado en Norteamérica, el estándar ANS1-136 (TDMA) es el que posee una gran cobertura en las Américas. Con la combinación de ambas, estas dos tecnologías pueden atribuirse una cobertura inalámbrica global casi completa. Sin embargo, GSM y ANSI-136 tienen protocolos distintos para la interfaz radio y la interfaz de red. Esta situación crea un problema de interoperabilidad. La interconexión entre estas tecnologías es necesaria para permitir la itinerancia de los abonados entre sistemas basados en TDMA, sin importar la localización. El Consorcio de las comunicaciones universales inalámbricas (UWCC, Universal Wireless Communications Consortium) y la Alianza Norteamericana de GSM reconocieron estos hechos. En 1999, estos comités constituyeron un equipo para que especificase la interconexión y la interoperabilidad deseadas entre GSM y ANSÍ-136. Se formó el Equipo de interoperabilidad GSM/ANSI-136 (GAIT, GSM/ANSI-136 Interoperability Team) para especificar el funcionamiento de una estación móvil multimodo a través de GSM y ANSÍ-136, y una función de interconexión de red para la traducción entre los protocolos de ambas redes. Hasta ahora, el GAIT ha publicado cuatro especificaciones técnicas: ■ ■ ■ ■

Especificación de SMS para GSM. GSM/ANSI-136 Especificación del terminal móvil. GSM/ANSI-136 Especificación SIM. GSM/ANSI-136 Especificación de la interconexión de red.

146

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Con la combinación de los estándares existentes GSM, ANSI-136 y ANSI-41, estas especificaciones definen los elementos y protocolos de red necesarios para proporcionar la interoperabilidad básica entre GSM y ANSI-136. Hasta la fecha, las especificaciones GSM/ANSI-136 esbozan lo siguiente: ■ Una estación móvil multimodo que proporciona un funcionamiento a través de los sistemas GSM (900 MHz, 1.800 MHzy 1.900 MHz), ANSI-136 (800 MHz y 1.900 MHz) y AMPS (800 MHz). ■ Un algoritmo común de selección automática de red para cualquiera de los sistemas con prioridades definidas por el operador. ■ Traspaso ihandoff) sólo entre tecnologías similares (de GSM a GSM y de ANSI-136 a ANSI-136). ■ Registro y de-registro automático del móvil. ■ Autenticación en todos los modos. ■ Encriptación en todos los modos digitales. ■ Itinerancia para la SIM en ambos modos, GSM y ANSI-136. ■ Reparto automático de llamadas. ■ Uso transparente de los servicios suplementarios en los modos GSM y ANSI-136, incluidos el desvio de llamadas, la llamada en espera, la llamada multiconferencia y la mensajería. ■ Soporte de la prohibición de llamadas dentro de las posibilidades de los estándares existentes. ■ Servicio de mensajes cortos originados en el móvil y terminados en el móvil. ■ Notificación de un mensaje en espera. ■ Activación y programación sobre el aire. ■ Modos por conmutación de circuitos y de paquetes de datos.

INTEROPERABILIDAD DE RED Para el soporte de la gestión y los servicios de la movilidad entre diversas Redes móviles Ierrestres públicas (PLMN, Public Land Mobile Networks), las redes GSM utilizan la mensajería GSM de la parte de la aplicación móvil (MAP, Mobile Application Parí) sobre redes de señalización SS7. Asimismo, las redes ANSI-136 y AMPS analógica cuentan con la mensajería MAP de ANSI-41 sobre SS7 para proporcionar una funcionalidad similar. Para permitir que los abonados funcionen en las redes GSM y ANSI-136, debe establecerse una interfaz de red entre la señalización MAP de GSM y ANSI-41. Cuando un abonado itinera en modo extranjero (es decir, abonado GSM que transita en una red ANSI-136 o un abonado ANSI-136 que itinera en una red GSM), se realiza una conversión entre los protocolos MAP nativo y extranjero para la autorización y el control del servicio. Para soportar una interoperabilidad completamente automática, bidireccional entre GSM y ANSI-136 o AMPS, la Función de interconexión e interoperabilidad (IIF, Interworking and ¡nteroperability Function) proporciona la conectividad de la red y la conversión del protocolo MAP. Esta capacidad se definió inicialmente en la TIA/EIA/IS-129. En términos de implemcntación, la IIF se puede ofrecer con un elemento independiente de la red o integrada con el registro HLR. La Figura 6.7 describe la conectividad de la red prevista para la interoperabilidad. Obsérvese que la función IIF puede contener medios para la conversión entre la señalización SS7 del ANSÍ y la señalización SS7 de la ITU, de forma que no para todas las implementaciones se requiere una pasarela (gateway) aparte para la interconexión de la señalización SS7 del ANSI y de la ITU.

Sistema global para comunicaciones móviles

Figura 6.7.

147

La interoperabilidad de la red GSM y ANSI-136.

La mayoría de los usuarios todavía piensan que las comunicaciones móviles son simplemente un medio para hablar en movimiento. Pero todo esto está a punto de cambiar. Como la interoperabilidad se mantiene todavía, la evolución del estándar ANSI-136 (IS-136) parece ser una de las que finalmente nos conducirá a la transmisión de 384 Kbps para los datos, así como para una llamada de voz. La Figura 6.8 representa la evolución del estándar IS-136. Ahora el trabajo en la

Figura 6.8.

La evolución de IS-136 hacia los servicios 3G.

148

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

tercera etapa del desarrollo del estándar GSM está bien avanzado. Esta es conocida en el negocio como la Fase 2+, la nueva tecnología permitirá que GSM sirva como plataforma para una gama entera de sofisticados servicios que mantendrán a los operadores GSM a la cabeza del juego.

SERVICIOS DE VOZ MEJORADOS Los sistemas celulares de oficina, los sistemas inalámbricos de interiores y los sistemas microcclulares han sido en el pasado el centro de una serie de tecnologías y de ensayos del mercado. Hstos ensayos generalmente han demostrado resultados prometedores para los sistemas microcelulares en edificios, en particular cuando se integraron los sistemas de interiores con los sistemas macrocclularcs convencionales para proporcionar el acceso sin interrupciones desde cualquier lugar. El incremento de la capacidad para abonados con la modalidad de único terminal/único número da lugar a un aumento de productividad del abonado y una mayor satisfacción de sus servicios inalámbricos. Además, las conclusiones son que los usuarios han demostrado una buena voluntad para pagar el acceso inalámbrico de interiores a un precio razonable. El inconveniente es que se requiere un espectro aparte para soportar estos sistemas de operación dual. Los servicios incluyen características y funciones como por ejemplo: ■ Mayor acceso y uso de SMS: cinco mil millones de mensajes de texto SMS se enviaron en las redes inalámbricas GSM de todo el mundo durante diciembre de 2000. F.l número indica un aumento del orden de cinco en el volumen de mensajes de texto generados cada mes durante un año por los clientes inalámbricos de GSM alrededor del globo. La Figura 6.9 representa el sistema de entrega de SMS.

Figura 6.9.

Los sistemas de entrega de SMS.

Sistema global pura comunicaciones móviles

149

Incremento de las velocidades de transmisión de los datos. HSCSD, que proporciona un estímulo gigantesco a la credibilidad de los datos. El estándar de los Servicios generales de radiocomunicaciones por paquetes (GPRS, General Packet Radio Services), representa un cambio para los paquetes de datos, los cuales aún permitirán más servicios avanzados con hasta 170 Kbps de transmisión para los paquetes de datos. La videoconferencia y las imágenes escancadas de alta resolución están a la vuelta de la esquina. GSM facilitará el acceso a Internet, que permitirá de forma alterna a los usuarios de empresas compartir la información a través de Internet, Intranets y Extranets corporativas. El monedero móvil está a punto de convertirse en una realidad. Los teléfonos móviles proporcionarán todos los servicios suministrados actualmente por los cajeros automáticos y algunos más. Los clientes podrán pagar las cuentas y transferirán el dinero entre cuentas corrientes y cuentas de ahorros simplemente con teclear los códigos en su terminal móvil. Incluso más radical, podrán enviar/recibir dinero efectivo electrónico en su teléfono GSM. El estándar GSM se está adaptando para que funcione como un sistema de acceso fijo para las aplicaciones del Bucle local inalámbrico (WLL, Wireless Local Loop) que proporcionan conexiones digitales completas de 64 Kbps.

TECNOLOGÍAS ADICIONALES: IDEN™ La tecnología iDENTM es una clasificación de las Radiocomunicaciones móviles especializadas (SMR, Specialized Motile Radio) basada en distintas tecnologías RF probadas que utilizan la arquitectura GSM como base. La tecnología ofrece un incremento de la eficiencia espectral y la integración completa del servicio, dos de las ventajas principales de las comunicaciones digitales.

Mejoría de la eficiencia espectral La capacidad de satisfacer a los mercados repletos de usuarios y al crecimiento mundial es un componente crítico para iDEN™. El desarrollo de esta tecnología espectralmente eficiente permite que múltiples comunicaciones tengan lugar sobre un único canal analógico. Esta expansión de la red proporciona a los usuarios un mejor acceso a ésta y un espacio para que se añadan servicios nuevos y ampliados sin tener que reconstruir la infraestructura. iDENTM representa un paso significativo hacia la integración de los sistemas de comunicaciones inalámbricas de negocios que resuelven las demandas de hoy en día. Motorola utilizaba una combinación de tecnologías para crear capacidades mayores y una nueva combinación de servicios. Muchas de las mejoras y de los incrementos de las capacidades proceden de la técnica de codificación de voz VSELP 1 de Motorola y de la modulación QAM, así como del proceso de división del canal utilizado por TDMA.

VSELP de Motorola: codificación de señales para una transmisión eficiente La clave para ampliar la capacidad reside en la disminución de la velocidad de transmisión necesaria para enviar la información. Motorola ha desarrollado una tecnología para la codificación de voz que maneja el proceso, según se muestra en la Tabla 6.2. 1

VSELP es una marca registrada de Motorola.

1 50

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Tabla 6.2.

El proceso de la codificación VSELP es directo El proceso de la codificación de VSELP

1. 2. 3. 4. 5.

Comprime las señales de voz. Crea paquetes de información digital (voz). Asigna los paquetes a un intervalo de tiempo. Transmite la información en la red iDENtM. Recibe la información en la red iDENTM.

Este vocoder o codificador de voz, conocido como Predictor lineal excitado por la suma de vectores (VSELP, Vector Sum Excited Linear Predictor), comprime las señales de voz para reducir la velocidad de transmisión necesaria para el envío de información. Por otra parte, VSELP prevé la transmisión clara de voz digitalizándola y proporcionando audio de alta calidad bajo condiciones que normalmente darían lugar a una voz analógica distorsionada. El decodificador VSELP puede reparar la pérdida de un segmento de voz en el canal radio utilizando la extrapolación de la voz. El resultado permite tener menos distorsión e interferencia (por ejemplo, interrupciones, interferencias y desvanecimientos) a medida que los usuarios se mueven hacia la periferia de la zona de cobertura, realzando la claridad y la calidad de las comunicaciones de voz en las cercanías de la célula.

Modulación QAM Mientras que el vocoder VSELP comprime la señal y reduce la velocidad de transmisión, la Modulación de amplitud en cuadratura (QAM, Quadrature Amplitude Modulation) aumenta la densidad de información. La tecnología de la modulación QAM se diseñó específicamente para soportar los requisitos digitales de la red iDENIM. La tecnología única de QAM de Motorola transmite información a una velocidad de 64 Kbps. Ninguna otra técnica de modulación transmite tanta información en un canal de banda estrecha.

Cómo multiplica la capacidad del canal Otro elemento esencial es el Acceso múltiple por división de tiempo (TDMA, Time División Múltiple Access). TDMA es una técnica para dividir el radiocanal en múltiples caminos de comunicación. En el sistema iDEN™, cada radiocanal de 25 KHz se divide en seis intervalos de tiempo. Durante la transmisión, la voz y los datos se dividen en paquetes. Cada paquete se asigna a un intervalo de tiempo y se transmite sobre la red. En el extremo de la recepción, se vuelven a componer los paquetes de acuerdo a sus asignaciones de tiempo en la secuencia de información original.

LA VENTAJA DE LA INTEGRACIÓN Ahora más que nunca, los usuarios están exigiendo dispositivos de funcionamiento múltiple que sean simples de utilizar. Con la red iDEN™, los usuarios sólo necesitan un teléfono para acceder al envío de voz, a la telefonía bidireccional, a los servicios de mensajes cortos y a la transmisión de datos futuros. Esta integración proporciona a los usuarios de empresas comunicaciones flexibles que les permiten acceder a la información de una manera más eficiente y más conveniente sin importar dónde se encuentran dentro del sistema.

Sistema global para comunicaciones móviles

151

Los sistemas SMR son parte de una gran familia de productos que se clasifican como sistemas de radiocomunicación troncal o sistemas trunking. El sistema de radio troncal implica una combinación de comunicación cableada e inalámbrica que normalmente se encuentra en los servicios de emergencias como los bomberos, la policía y las funciones de mantenimiento de carreteras. Un sistema de radiocomunicación troncal siempre consta de varios canales radio. Un canal actúa como canal del control (CC) mientras que los otros transportan tráfico. El canal CC se utiliza para los registros, la transmisión de mensajes de estado y para las peticiones de llamada. Esto no es diferente al funcionamiento de un sistema celular radio que utiliza los canales de radiobúsqueda y control. La diferencia es que en una red celular, se reservan varios canales (de 19 a 21), mientras que en una red troncal, sólo se necesita un canal. Véase la Figura 6.10. En la petición de una llamada, se asigna un camino hacia el abonado exclusivo para la voz desde una agrupación de radiocanales. La llamada se procesa en este canal. Si el sistema de radio troncal recibe peticiones de llamada adicionales, se asigna un canal diferente a la parte que llama desde la agrupación. Tan pronto como todos los canales están en uso, las nuevas peticiones de llamada se almacenan en una cola. Cuando un canal se queda disponible, la llamada solicitada se conecta al primer canal disponible según la regla del «primero en entrar es el primero en salir». Este método significa que una petición de llamada necesita enviarse sólo una vez. Si la llamada no se puede establecer de inmediato, el sistema almacena la petición y la procesa más tarde.

Figura 6.10.

Los canales de voz y de control en un sistema de radiocomunicación

troncal.

152

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

EL CANAL DE CONTROL (CC) Cada célula radio consiste en una Central de radiocomunicación troncal y una Estación base de radiocomunicación (RBS, Radio Base Slation). La Central de radiocomunicación troncal puede utilizarse como una MSC o como un Controlador del sistema troncal (TSC, Tntnking Svstcm Controller). La Central troncal maneja los canales radio de la RBS(s). Uno de estos canales se utiliza como CC. La base de SMR se muestra en la Figura 6.1 1. Cuando se enciende un dispositivo móvil, se registra automáticamente con el canal CC. Una vez que el abonado recibe un acuse de recibo positivo de la red, el móvil se sitúa en el sistema de radiocomunicación troncal y puede utilizarse. El móvil está constantemente en contacto con el CC. Si aparece una petición de llamada, el sistema de radiocomunicación troncal comprueba si el abonado al que se dirige está disponible. Si él o e lla no está disponible, no está registrado o está comunicando/ocupado, se informa de e llo al usuario que originó la llamada. Si el abonado pedido está disponible, la Central de radiocomunicación troncal establece la llamada mediante un canal de tráfico libre. Los mensajes de estado y de datos cortos se presentan en el canal CC. Los sistemas de radiocomunicación troncal comparten un pequeño número de radiocanales entre un gran número de usuarios. Los canales físicos se asignan según los necesitan los usuarios a quienes se les asignan canales lógicos. Los usuarios sólo escuchan a las unidades del mismo canal lógico. Este método utiliza de forma más eficiente los recursos disponibles, puesto que la mayoría de los usuarios no necesitan el canal el 100 por 100 del tiempo.

ÁREAS DE SERVICIO Y BLOQUES DE FRECUENCIAS AUTORIZADOS Se dispone de dos bandas de frecuencias para el funcionamiento de SMR: la banda de 800 MHz y la banda de 900 MHz. Los operadores de SMR disponen de 19 MHz del espectro aproxima-

Figura 6.11.

Servicio de radiocomunicación y estación base de SMR.

Sistema global para comunicaciones móviles

153

damente ( 1 4 MHz en la banda de 800 MHz y 5 MHz en la banda de 900 MHz). Los sistemas SMR de la banda de 800 MHz operan con una pareja de canales de 25 K.Hz, mientras que los sistemas de la banda de 900 MHz operan con una pareja de canales de 12,5 KHz. Debido a los diferentes tamaños de los anchos de banda de canal asignados para los sistemas de 800 MHz y de 900 MHz, el equipamiento de radio que se utiliza para SMR de 800 MHz no es compatible con el de SMR de 900 MHz. El servicio SMR de 900 MHz se estableció primero en 1986 y empicó inicialmcnte un proceso de otorgamiento de licencias en dos fases. En la Fase I, se adjudicaron licencias a 46 áreas de clasificación designadas (DFA. Designated Filing Áreas) que constaban de los 50 mercados principales. Después de la Fase I, la FCC ideó para la Fase II la concesión de licencias en áreas fuera de estos mercados. La autorización fuera de la DFA quedó congelada mientras que la Comisión completaba el proceso de la Fase I. La congelación continuó hasta 1993, cuando el Congreso reclasifieó a la mayoría de los propietarios de licencias de SMR como proveedores del Servicio de radiocomunicación comercial (CMRS, Commercial Radio Service) y estableció la autoridad competente que seleccionase a los candidatos para ofrecer ciertos servicios con licencias. Sin embargo, durante la congelación, se seleccionaron algunas de las DFA con licencia para emplazamientos secundarios (instalaciones que no causan interferencias a las licencias principales y deben aceptar las interferencias de ésas) fuera de su DFA con objeto de satisfacer la expansión del sistema. En respuesta a la reclasificación del servicio SMR que realizó el Congreso en 1993, la Comisión revisó sus propuestas de la Fase II y estableció un amplio contorno para terminar la autorización de la banda SMR de 900 MHz. Los 200 pares de canales del servicio de 900 MHz se han asignado en las bandas de 896-901 MHz y de 935-940 MHz. Cada licencia MTA da el derecho de operación a través de la MTA en los canales designados, excepto donde un propietario titular cocanal está ya funcionando. Hay una separación estándar entre las parejas de frecuencias de la estación base y el móvil. La Tabla 6.3 muestra las bandas de funcionamiento para la estación base y el móvil, así como la separación entre los canales.

INNOVACIÓN E INTEGRACIÓN Los protocolos y la tecnología mejorada de la red digital integrada de Motorola combinan el envío radio, la interconexión telefónica dúplex, el servicio de mensajes cortos y la transmisión de datos en una única solución integrada para comunicaciones de empresa. La tecnología digital fue el resultado de los estudios que indicaban que un alto porcentaje de los usuarios de servicios de despacho (dispatching) llevaba teléfonos celulares y el 30 por 100 de los usuarios celulares llevaban dispositivos buscapersonas. además de la creciente demanda de comunicaciones de datos. Para disponer de un diseño de red eficiente, iDEN™ ut i l i z a un estándar de siete células, con un patrón de reutilización de tres sectores.

Tabla 6.3.

Parejas de frecuencias para SMR

Banda

Estación base

Separación

800 MHz 90 MHz 450-470 MHz 450-470 MHz Banda de TV

851-869 935-940 450-455 460-465 470-512

45 MHz inferior 39 MHz inferior 5 MHz superior 5 MHz superior 3 MHz, superior

MHz MHz MHz MHz MHz

Terminal móvil 806-824 MHz 896-901 MHz 455-460 MHz 465-470 MHz 6 MHz canal de TV

154

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

La tecnología se diseña para que también funcione en torno a muchas de las limitaciones del espectro de SMR. Se pueden coger los canales individuales y agruparlos para que trabajen juntos como una única capacidad. En las comunicaciones celulares, el espectro debe estar contiguo. La voz mejorada pone los servicios basados en iDEN™ a la par con TDMA, GSM y codificadores de voz de acceso múltiple por división del código. Aunque el modo de un servicio de despacho es símplex y no dúplex, las conexiones son rápidas. Es muy eficiente y muy rápido. Una llamada celular normal, con la velocidad de una llamada, tardaría de 7 a 10 segundos en establecer el camino. Con el producto de Motorola, tarda alrededor de un segundo. Añade 140 caracteres alfanuméricos a las pantallas (para la capacidad del mensaje corto) y el soporte directo de datos por conmutación de circuitos, y proporciona innovación c integración, todo esto en un pequeño paquete.

EFICIENCIA ESPECTRAL CON SALTOS DE FRECUENCIA ücotek persigue el mismo nicho inalámbrico con sus redes y su tecnología digitales basadas en el acceso múltiple por saltos de frecuencia. Geotek mantiene una posición única como fabricante y propietario del espectro/operador del servicio, ofreciendo un juego integrado de soluciones móviles de oficina para tareas de despacho, gestión de flotas y negocios móviles. Las ofertas del servicio incluyen el envío, la telefonía, la mensajería bidireccional, la localización automática del vehículo y los paquetes de datos. La tecnología del Acceso múltiple por salios d e f recu enci a ( FHM A, Frequ en cy Hoppi ng M úl ti ple Acc e ss) se e nc uent ra e n el núcl e o d e l a s redes de Goctck. Esta variante de TDMA y del espectro ensanchado, desarrollada originalmente por la rama de investigación y desarrollo de los militares israelíes, emplea saltos de frecuencia para lograr importantes ventajas en flexibilidad y eficiencia espectral. FHMA alcanza una capacidad superior a la de las tecnologías analógicas existentes del orden de 25 a 30 veces utilizando un planteamiento de macrocélulas. Normalmente las macrocclulas cubren zonas de hasta 70 millas2 de diámetro con hasta 10 porciones o sectores radiales, que incorporan de 5 a 20 microemplazamientos. Dentro de los sectores, FHMA implcmenta en el transmisor y receptor los saltos sincronizados desde una frecuencia discreta a otra de manera predeterminada permanece en un segmento del espectro durante un corto espacio de tiempo. FHMA divide los paquetes de información en segmentos, los mezcla y después los transmite. Las perdidas de paquetes dan lugar a una degradación mínima porque generalmente no ocurren pérdidas sccuenciales. Además, el sistema utiliza una diversidad de dos ramas, que incorpora dos antenas y dos receptores separados en ambos extremos. Esta diversidad espacial asegura que se seleccionan las mejores señales entrantes. El sistema se basa en TCP/IP y cada usuario del sistema tiene una dirección IP. Con su inherente integración de datos, lógicamente Internet se convierte en una parte importante en la estrategia del servicio de Geotek. La capacidad automática de la localización del vehículo de Geotek es un ejemplo de lo que se avecina. Las sofisticadas aplicaciones de datos de las empresas impulsarán los mercados del negocio del móvil.

TRANSICIÓN DIGITAL La tecnología digital es una parte integral de la aplicación SMR de Ericsson y de los sistemas privados de radiocomunicación, pero no como un requisito de todo o nada. Sus sistemas puc-

2

1 milla - 1.6093 km. (N. del T.)

Sistema global para comunicaciones móviles

155

den migrar a configuraciones donde todo es digital, según las necesidades dictadas por el cliente. El paquete de tecnología del Sistema de comunicaciones con acceso digital mejorado (EDACS, Enhanced Digital Access Communications System) de Ericsson emplea un sistema de radiocomunicación troncal estándar. Un sistema completamente digital, el sistema Aegis de Ericsson utiliza el vocoder de codificación multibandas adaptado para transformar señales de voz analógicas en señales digitales. Después de esta codificación vocal, los códigos de protección de errores se añaden a la secuencia de audio digitalizada. Este proceso se incrementa aún más con la regeneración sintética del audio, que sustituye ciertas partes corruptas de la señal de voz por el ruido con segmentos de voz utilizables. EDACS también inserta su información de control sobre el canal. Esta incluye la identificación de la unidad o la identificación del modo «pulsar para hablar», la información prioritaria del registro y la segmentación del grupo de voz. Con la introducción de la corrección y detección de errores, así como del canal de señalización y sincronización, la señal combinada se transmite a 9.600 bits por segundo. La codificación combinada de voz y datos es una característica de EDACS que no todos los sistemas pueden asumir. Muchos otros requieren un canal aparte para la voz, para los datos y para la señalización de control. EDACS combina los tres, compensando de forma automática los períodos de alta demanda sin sacrificar la capacidad o la fiabilidad. Los servicios del sistema GSM y SMR (iDEN) ofrecen una cobertura significativa y muestran un crecimiento constante. En cuanto a las comunicaciones de banda ancha del futuro, ambas técnicas han capturado la cuota de mercado necesaria para competir de frente. Cuantos más suministradores utilicen GSM y SMR, la industria probablemente verá el reparto según la manera en que los usuarios seleccionen los servicios. Los dos servicios principales incluirán CDMA y GSM como el futuro de las comunicaciones inalámbricas 3G.

Capítulo 7 SERVICIOS DE COMUNICACIÓN DE DATOS INALÁMBRICOS

Hasta ahora se han visto las diferentes técnicas que se utilizan en una red de comunicación inalámbrica. Se han incluido los sistemas por radio, las técnicas de modulación v los métodos de acceso generales, además de diferentes formas de acceso concretas como el Acceso múltiple por división de tiempo (TDMA. Time División Múltiple Access), el Acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA, Frequency División Múltiple Access), el Acceso múltiple por división de código (CDMA, Code División Múltiple Access) v el Sistema global para comunicaciones móviles (GSM, Global System for Mobile). Cada uno de estos Capítulos ha abordado las ventajas y el mercado de los sistemas en todo el mundo. Además, se ha visto el sector de crecimiento para cada uno de los servicios. Sin embargo, hasta ahora ninguno de los temas ha tratado el problema real. En cambio, la cobertura demostró la estrategia de red que han seguido los operadores para la voz. ¿Ypor qué no? Los operadores fueron donde estaba el mercado, donde los ingresos justificaban las inversiones y toda la demanda. La voz siempre fue la fuerza impulsora detrás de la mayoría de las redes porque constituía más del 90 por 100 de sus ingresos. Sin embargo, uno no podía decir que los datos no serían tan productivos puesto que las redes no se construían para satisfacer las demandas de comunicaciones de datos. Además, inmediatamente después de que los datos se introdujeran en los mercados celulares y en GSM, llegó a ser obvio que las velocidades eran demasiado lentas y las conexiones eran poco fiables. Estaba claro que la transmisión de datos en las redes inalámbricas nunca sucedería sin la introducción de una importante innovación. Este requisito significó que los suministradores necesitasen una cierta forma de motivación para realizar inversiones en los datos. Durante los últimos 25 años, se ha experimentado una gran explosión en las tecnologías inalámbricas de las comunicaciones y la informática. En los últimos siete años, también se ha observado la explosión de Internet. La industria de los datos inalámbricos está en el centro de esta convergencia. ¿Qué tecnologías no podrían beneficiarse del acceso inalámbrico a la Red?

LA REVOLUCIÓN INALÁMBRICA Hace veinticinco años, las aplicaciones comerciales para datos inalámbricos se limitaron en gran parte a las redes de datos privadas de microondas que utilizaban las compañías del ferrocarril y a los sistemas móviles de radiocomunicación especializados en servicios de despacho (dispatching) que utilizaban las flotas de taxi y la policía local. Los avances tecnológicos (las mejoras de la radiocomunicación digital, los datos por paquetes, la compresión de datos y dispositivos más pequeños) y las críticas decisiones reguladoras (concesión de licencias del nuevo espectro para telefonía celular y para otras nuevas aplicaciones) han aumentado enormemente la disponibilidad de las comunicaciones inalámbricas mientras que han disminuido los costes para los consumidores. El resultado ha sido un crecimiento espectacular del número de teléfonos celulares en el mercado. Muchos creen que ahora la industria de los datos inalámbricos se prepara para un crecimiento similar. 159

160

Comunicaciones inalámbrica de banda ancha

DE LA VOZ A LOS DATOS Hasta hace poco tiempo, también los datos inalámbricos constituían esencialmente un nicho de mercado en gran parte limitado a la s aplicaciones verticales de l a s grandes compañías. Por ejemplo, IBM. Federal Express y UPS construyeron exitosas redes privadas de datos inalámbricos para permitir que su personal de servicios de campo operase de forma más eficiente. La explosión de Internet e Intranets corporativas, y la convergencia de l a s industrias de la informática y de la s comunicaciones están creando nuevas oportunidades. Poco después de surgir el interés por la s comunicaciones de datos, aparecieron diversos métodos para enviarlos, entre ellos: ■ Datos por conmutación de circuitos sobre redes celulares analógicas y redes digitales. ■ Datos por paquetes celulares digitales (CDPD, Cellular Digital Packet Data) sobre canales de reserva o canales dedicados de las redes existentes. ■ Servicios de mensajes cortos (SMS, Short Message Services) mediante el estándar (GSM. ■ Internet inalámbrico. Incluso estas ofertas de servicio no eran suficientes. En consecuencia, el transporte IP a través de una red inalámbrica se convirtió en el centro de atención. El Servicio general de radiocomunicación por paquetes (GPRS, General Packet Radio Service) se desarrolló para soportar una red de datos por paquetes sobre GSM con velocidades de hasta 170 Kbps. Los datos (DMA por conmutación de circuitos también llegaron a velocidades de hasta 64 Kbps. Los protocolos como el Protocolo de aplicaciones inalámbricas (WAP. Wireless Application Protocol). Bluctooth. los Servicios de mensajes cortos y Blackberry se desarrollaron para dar soporte a redes inteligentes inalámbricas y a Internet inalámbrico. Las velocidades y el caudal tic irafn o (throughput) para permitir que la movilidad y los datos coexistan se estiman entre 28,8 Kbps y 2 Mbps. 1

MERCADO DE LOS DATOS INALÁMBRICOS Los pronósticos de ingresos actuales para el mercado de lo s datos inalámbricos predicen un tuerte crecimiento de la industria. Una importante consultora estima que la lasa de crecimiento anual compuesto (CAGR, Compound Animal Growlh Rute) para los datos inalámbri-

cos, desde 1996 hasta 2003. sera del 35 por 100. También se espera que el mercado ascienda en ei año 2004 a cerca de 3.700 millones de dólares, según se observa en la Figura 7.1. Otra consultora llegó a estimar que se vendería mas de 1 millón de terminales inteligentes inalámbricos (WIT. wireless Inteliigent Terminals) en el año 2002 (según se muestra en la Figura 7 . 2 ) . cantidad que comprendería casi al 4 por 100 de las ventas totales de terminales inalámbricos de aquel año. Según un tercer grupo de investigación de mercados, las oportunidades para las comunicaciones de datos inalámbricos en ¡os listados Unidos son enormes, con casi 1/4 de trabajadores que llenen un móvil por necesidades del trabajo, pero eí crecimiento será l e nt o y firme. Los números representan 25,3 millones de empleados de los 11 2 .1 millones uel personal de mano ile libra que requiere el móvil para su trabajo (vease la Figura 7.31. . 1 Aunque los fabricantes pretenden obtener 2 Mbps la realidad es que se puede conseguir aproximadamente 500 Kbps (o menos) cuando se utiliza un dispositivo movil. Sin embargo, si la estación movil esta en movimiento se puede lograr una velocidad de transmisión superior en distancias más cortas

Servicios de comunicación de dalos inalámbricos

Figura 7.1.

Figura 7.2.

Figura 7.3.

161

Estimaciones del mercado de los datos inalámbricos.

Los terminales inalámbricos representarían el 4 por ciento de las ventas totales del 2002.

Porcentaje de mano de obra con necesidades de datos inalámbricos.

162

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

DATOS INALÁMBRICOS Y ESPECTRO El espectro radioeléctrico es la parte del espectro electromagnético que proporciona el espacio en el que operan diversos servicios móviles de radiocomunicación terrestre, tales como servicios de radiobúsqueda, servicios celulares, servicios privados de despacho (flotas de taxis), microondas, televisión y radiodifusión. En 1997 existían dos millones de abonados de datos inalámbricos y el crecimiento del mercado se ha intensificado a un ritmo anual medio del 40 por 100, que mostraba durante el año 2002 el número de usuarios que se representa en la Figura 7.4. Este crecimiento es un número relativamente conservador dada la importancia actual de los datos, la capacidad para Internet desde un dispositivo móvil y el cambio en la movilidad del usuario final. Sin embargo, este crecimiento anual del 40 por 100 es una buena manera de presentar a los operadores y proveedores lo que ha sucedido. Esta curva es la que impone respeto. En 1999, por ejemplo, el número de servicios de comunicaciones personales (PCS. Personal Communications Services) en uso creció un 22 por 100, mientras que el número de usuarios inalámbricos creció un 80 por 100; casi la mitad de ese nuevo crecimiento correspondía a la demanda de nuevas formas de datos.

Regulación del espectro El espectro de radiofrecuencias (RF) es un recurso escaso y compartido, utilizado nacionalmente e intcrnacionalmente y sujeto a una amplia gama de supervisiones por parte de los organismos reguladores. En los Estados Unidos, la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC, Federal Communications Commission) es un cuerpo regulador esencial que adjudica el espectro y resuelve los conflictos que lo conciernen. La Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU, International Telecommunieation Union) es una agencia especializada de las Naciones Unidas que desempeña el mismo papel en el ámbito internacional.

Figura 7.4.

Crecimiento del número de usuarios de datos inalámbricos.

Servicios de comunicación de datos inalámbricos

163

Espectro sin licencias No todas los segmentos del espectro están sometidos a la concesión de licencias y a la regulación. Algunas partes del mismo se utilizan sin licencias. Tres importantes bandas Industrial, Científica y Médica están disponibles para el uso sin licencias en el margen de 902-928 MHz (sólo en EE.UU.), en 2.400 MHz y en 5.800 MHz en el resto del mundo.

TRANSMISIÓN DE DATOS INALÁMBRICOS: CÓMO FUNCIONA Hasta la década pasada, la mayoría de los datos inalámbricos transmitidos por las comunicaciones vía radio eran analógicos. Los sistemas analógicos utilizan señales eléctricas continuas para la transmisión y recepción de información. Cuando los sistemas analógicos están bien diseñados se convierten en jugadores invencibles. Sin embargo, los sistemas analógicos son ineficientes. La transmisión analógica utiliza toda la capacidad del canal (30 KHz en los EE.UU.) para una única llamada de voz o de datos. La transmisión de datos por conmutación de circuitos utiliza el módem estándar que transmite hasta 28,8-33,6 Kbps a través un canal normal. La señal analógica (Figura 7.5) utiliza la onda continua para transmitir los datos. Los sistemas de datos inalámbricos de la siguiente generación están dirigiéndose hacia las señales digitales, cuyas variaciones de amplitud con respecto al tiempo no son continuas, sino discretas. Utilizan un servicio de transmisión digital mediante la creación de valores discretos de Os o ls en la representación de la onda cuadrada, según muestra la Figura 7.6. El pulso digital se introduce en el sistema radío a través del espectro radioeléctrico. La transmisión de señales digitales que utilizaba la capacidad completa del canal era excesiva, así que el control de acceso al medio radioeléctrico condujo al uso de los formatos TDMA y CDMA. Todo el mundo aceptó la técnica TDMA con la implementación de GSM en 1992. La técnica IS-54 de TDMA del Servicio de telefonía móvil avanzada (AMPS, Digital Advanced Mobile Phone Service) y ahora IS-136 son las que se utilizan en Norteamérica. Por el contrario, CDMA fue la que se implantó en Norteamérica. La Figura 7.6 muestra la modulación de una señal digital a través de las ondas radioeléctricas.

Figura 7.5. Sistema radioeléctrico analógico.

164

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Figura 7.6. Transmisión radioeléctrica digital.

ESTABLECIMIENTO DE LA SESIÓN FRENTE A LA TRANSMISIÓN DE PAQUETES Las comunicaciones por conmutación de circuitos (o basadas en el establecimiento de una sesión) asignan usuarios a una línea discreta o a un radiocanal dedicado a ellos hasta que finaliza la sesión. Al igual que el típico sistema construido con dos latas y una cuerda, estas comunicaciones sólo pueden manejar una conversación entre dos personas, el circuito para el intercambio de datos está ocupado hasta que la comunicación termina. En los modelos de comunicación de la red fija, las velocidades del módem comenzaron en 300 bits por segundo y progresaron rápidamente para soportar 1,2 Kbps, 2,4 Kbps, 4,8 Kbps, 9,6 Kbps, 14,4 Kbps, 19,2 Kbps, 28,8 Kbps, 33,6 Kbps y ahora 56 Kbps. El actual estado del arte de la velocidad es de 33,6 Kbps o 56 Kbps. Con las técnicas de compresión, se pueden alcanzar hasta 115-230 Kbps cuando todo funciona perfectamente. Las velocidades de los datos inalámbricos son más lentas pero van mejorando. La Tabla 7.1 enumera las velocidades de las redes inalámbricas y las capacidades del módem. El objetivo de un producto de datos inalámbricos es reproducir con exactitud los siguientes elementos de los módems de la red fija por conmutación de circuitos: ■ ■ ■ ■

Funcionalidad. Concctividad. Fiabilidad. Velocidad.

De cara a los usuarios, las conexiones inalámbricas deben funcionar igual de bien que las conexiones fijas en las cuatro categorías citadas. ■ La concctividad se puede definir como la capacidad inicial para conectarse y permanecer conectado a través de una amplia gama de condiciones. Se puede expresar como un porcentaje de tentativas de llamada. Es decir, si un módem celular intenta realizar 10 llamadas y sólo se conecta con éxito 7 veces (se excluyen las condiciones de llamada ocupada y llamada sin respuesta), la concctividad es del 70 por 100. ■ La interoperabilidad se puede definir como la capacidad para funcionar con diversos módems, equipos de red y condiciones. También se puede expresar como el porcentaje de tentativas de llamada a diferentes módems. Una serie de factores afectan a este resultado como es la marca del módem, el soporte del protocolo, la imple-mentación del protocolo, la red v las condiciones de la línea.

Servicios de comunicación de datos inalámbricos

Tabla 7.1.

165

Resumen de las velocidades de los datos inalámbricos.

Velocidades de las redes inalámbricas Actual2

Futuro 3

Modo

Motient (formalmente ARDIS) CDMA W-CDMA CDPD Celular GSM GPRS/GSM EDGE/GSM Metricom

19,2/4,8 Kbps 64 Kbps 500 Kbps 19,2 Kbps 14,4/9,6 Kbps 9.6 Kbps 28,8 Kbps

Bell South Wireless Data (BSWD) formalmente RAM Mobitex

Kbps

28,8 Kbps 2,0 Mbps 2,0 Mbps 28,8 Kbps 28,8 Kbps 14,4 Kbps 170 Kbps 384 Kbps 56,6 Kbps 128 Kbps 9,6/28,8 Kbps

Paquetes Circuitos/Paquetes Circuitos/Paquetes Circuitos/Paquetes Circuitos/Paquetes Circuitos Paquetes Paquetes Circuitos Paquetes Paquetes

33,6 Kbps 8,0

El aire como medio de transmisión ha combinado en una única metodología estos dos conceptos para los módems celulares. Esta combinación sigue con precisión la experiencia de los usuarios. Los usuarios no saben cuáles son las condiciones celulares en un momento dado ni qué clase de módem está en el lado de la red fija a la que están llamando. Por lo tanto, desde la experiencia de los usuarios, la conectividad y la interoperabilidad están totalmente relacionadas e inseparables. En el pasado, los usuarios se quejaban de la capacidad de conexión de un módem celular. Para resolver las quejas, se probó el funcionamiento de un módem celular conectado con un módem de la red fija de la misma marca y protocolo. Esta misma prueba también se realizó en un laboratorio sin ondas radioeléctricas reales y en las mejores condiciones. Por supuesto, los dispositivos podían pasar la prueba de la conectividad; sin embargo, en condiciones reales, los resultados eran mucho peores que los resultados de esa prueba. De este modo, para asegurar que las comunicaciones de datos por conmutación de circuitos son posibles con módems celulares es necesario un entorno del mundo real. Normalmente se precisa intentarlo en condiciones celulares aleatorias, condiciones aleatorias de la red fija, en ubicaciones aleatorias celulares, en ubicaciones aleatorias de la red fija y en diversos tipos de módems aleatorios de la red fija. Estas condiciones se diseñan para emular el mundo real y deben comprobarse. Por otra parte, el flujo de datos proporciona otra manera de examinar las condiciones que se deben utilizar en este entorno para observar la tasa de velocidad del módem y compararla con la velocidad y el caudal del tráfico real del mismo módem bajo diversas condiciones. La aleatoriedad de las condiciones y de las ubicaciones celulares se pueden alcanzar probando el módem por todo el país, a diversas horas del día. La Figura 7.7 muestra una típica sesión de comunicación por marcación manual o conmutada (dial-up). Observe que las redes de marcación por conmutación de circuitos emplean sobre todo conexiones analógicas, como

2 Esta velocidad es la que se anuncia; las velocidades actuales y el caudal de tráfico son mucho más lentos en la mayoría de los casos. 3 Las velocidades citadas están propuestas para el futuro, pero pueden entregar mucho menos en un estado en movimiento.

166

Comunicaciones inalámbricas ele banda ancha

Figura 7.7.

Conexiones inalámbricas de un sistema por conmutación de circuitos a otras redes de datos.

el módem. En consecuencia, al marcar a través de un sistema de telefonía digital, automáticamente se puede volver al entorno de funcionamiento dual y pasar la llamada a través de la parte analógica del estándar de la red de conmutación de circuitos. Esta Figura indica la conexión que se realiza en la Red telefónica conmutada pública (PSTN, Public Switched Telephone Network) para acceder por conmutación de circuitos a las redes CDPD, X25, Internet, Frame Relay y a las redes PSTN de módems analógicos. Los módems de marcación manual actualmente soportan una tasa de velocidad entre 33,6 Kbps y 56 Kbps. Depende del circuito y del tipo de conexión. De manera habitual se observará de 28,8 Kbps a 31 Kbps en el lado del usuario y de 35 Kbps a 38 Kbps en el lado de la PSTN. Sin embargo, las cosas son diferentes para la transmisión de datos inalámbricos que utiliza un módem celular. De hecho, el promedio que cabe esperar para la conexión de marcación manual es aproximadamente de 9,6 Kbps a 14,4 Kbps, si se asume que la conexión es buena. En muchos casos, no son velocidades aseguradas y pueden disminuir según la distancia del emplazamiento, el entorno y la relación señal/ruido (SNR, Signal-To-Noise Ratio). La conexión de la marcación manual mostrada en la Figura 7.8 es diferente a la de una conexión de marcación manual a través del proveedor celular en una agrupación de módems. El módem de la parte celular acomoda al usuario final, mientras que el módem estándar de la red fija asegura la operabilidad y conectividad en la PSTN. Esta conexión puede incluir módems de diversas velocidades y servicios. Sin tener en cuenta el tipo de módem o el servicio marcado, la agrupación de módems proporciona una forma de conexión extremo a extremo en la PSTN. Una vez más, las velocidades y el caudal de tráfico están condicionados por el enlace, la distancia y la relación SNR. Por mucho que estas agrupaciones de módems funcionen, éstos siguen siendo demasiado lentos para la mayoría de las aplicaciones de los estándares actuales. Todavía hay mucha gente para la que conseguir una conexión a 9,6 Kbps es suficiente. Si todo lo que el usuario tiene que transmitir es el correo electrónico (E-mail), la información de una hoja de cálculo o de un documento del procesador de textos, esa velocidad puede ser suficiente. Dónde y cómo definir las comunicaciones de banda ancha se convierte en uno de los desafíos. Algunos consideran un caudal de 28,8 Kbps como «una velocidad relámpago y de suficiente banda ancha» por lo menos al día de hoy.

Servicios de comunicación de datos inalámbricos

Figura 7.8.

167

Agrupación de módems en la ubicación del operador.

Cuando el caudal de tráfico en el medio (las ondas y la PSTN combinadas) no es suficiente, se pueden emplear técnicas de compresión para que aseguren un aumento de la velocidad. Con la tecnología actual, el caudal de tráfico equivalente del protocolo V.42bis (compresión 4:1) de los servicios de la red fija es 115,2 Kbps. Sin embargo, la tecnología que combina la velocidad de los datos en el aire con la compresión entrega en realidad entre 4,8 Kbps y 21 Kbps, con promedios totales de 12 Kbps a 16,8 Kbps, según se observa en la Figura 7.9.

168

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Estas lasas de datos se producen antes de la compresión, mientras que la compresión de los datos de V.42 b i s permite que se transfieran ficheros a velocidades mucho más altas. Para los tipos de ficheros más comunes (documentos de un procesador de texto, correo electrónico, hojas de cálculo, etc. ). se consigue un incremento de velocidad de 3:1 a 4:1. Por el contrario, algunos ficheros pueden alcanzar aumentos de 8 : 1 , mientras que algunos tipos de ficheros previamente comprimidos no alcanzarán ningún beneficio de la compresión. Así pues, a la s comunicaciones por conmutación de circuitos analógicas/digitales les queda mucho por hacer antes de considerar que el caudal de tráfico y las velocidades son aceptables. Con la s comunicaciones a través del módem de la red fija, los sistemas aún bajarán al enlace más débil y la s velocidades actuales de los módems todavía se debatirán entre 28.X Kbps y 33,6 Kbps en la mayoría de los casos.

DATOS POR PAQUETES CELULARES DIGITALES (CDPD) I B M y un consorcio formado por grandes suministradores celulares desarrollaron en Norteamérica el sistema CDPD. La mayoría de los operadores celulares de EE.UU. soportan CDPD. no obstante su uso puede estar limitado en el resto del mundo. Se desarrolló como un sistema de transmisión analógica, el cual ha evolucionado en el transcurso de los años. La tecnología CDPD se fabricó con la promesa de 19,2 Kbps entre los proveedores celulares norteamericanos. Se diseñó para sacar provecho del espacio no utilizado de la transmisión de voz analógica, pero más tarde evolucionó al utilizar los canales de voz no asignados para conectarse con los servicios de la Web (Internet). Los dispositivos CDPD buscan canales de voz sin uso que ut i l i z a un planteamiento de saltos de canal, que permite que los datos sean transmitidos sobre múltiples canales disponibles.

CDPD por conmutación de circuitos (CS-CDPD) El sistema de datos por paquetes celulares digitales por conmutación de circuitos (CS-CDPD, Circuit-Switclwd CDPD) permite que el módem se desconecte cuando no haya actividades de datos presentes y se vuelva a conectar automáticamente cuando haya flujos de datos en cualquier dirección. Hl corto tiempo empleado hace que esta desconexión y nueva conexión sean transparentes al usuario. El contador del tiempo de inactividad se puede ajustar para que la conexión se maneje de manera que los módem no estén en linea (online) durante largos períodos de inactividad y de este modo ahorrarle dinero al usuario final. En efecto, la s comunicaciones celulares analógicas pueden emular un protocolo no orientado a conexión como CDPD mientras se utiliza la red de marcación manual orientada a conexión. Al igual que ios servicios móviles de datos RAM. el sistema CS-CDPD volverá a conectarse automáticamente cuando, por ejemplo, ai atravesar un túnel se pierda la llamada. La disposición de los datos móv i le s crea una conexión adicional mientras que el CS-CDPD u t i l i z a una operación de reinicio. CDPD es un método alternativo para enviar y recibir datos sobre la red c e l ul a r existente. La ¡mención era desarrollar un método donde los mensajes cortos y los datos se pudieran enviar entre l as Hamacas de voz ut i l i z a nd o gran parle de la misma infraestructura.

CDPD por conmutación de paquetes CDPD es una tecnología de paquetes que envía pequeños paquetes igencraimenle hasta cerca de 1.500 bytes de información en pequeñas ráfagas de tiempo. Se superpone a las redes AMPS Aunque técnicamente se pueden enviar ficheros de cualquier longitud virtual, la red esta optimizarla para la transmisión rápida de fichero pequeños a bajo costo. Puesto que los datos por

Servicios de comunicación de datos inalámbricos

169

ejemplo, un mensaje) se envían a menudo en cantidades pequeñas, los usuarios no están tan preocupados del caudal de tráfico como de los datos por conmutación de circuitos (donde está pagando por el tiempo de conexión, no por los datos que se intercambian). Los componentes funcionan igual que los de una red con los que la mayoría de la gente ya está familiarizada. La Figura 7.10 muestra la nomenclatura de CDPD junto con los familiares nombres de una red. La comparación de la capa de CDPD con una arquitectura común como la del modelo OSI o la pi l a de protocolos TCP/IP ayuda a uno a entender cómo funciona la red CDPD. En la Figura 7.1 1, se muestran las pilas de protocolos con las capas del estándar OSI a la izquierda, la pi l a de TCP/IP en el centro y el controlador del dispositivo de la red de área local (LAN, Local Área Network) en la capa de datos/red. La utilización de una pila de protocolos CDPD para móviles demuestra que se necesitan pocos cambios para operar sobre una red CDPD. El controlador del dispositivo CDPD aparece en lugar del controlador de la LAN. Esto es esencial para la transparencia de CDPD. La aplicación no necesita preocuparse del hecho de que la tarjeta de red sea realmente un dispositivo para comunicaciones inalámbricas. CDPD se diseña como una red IP. No utiliza directamente números de teléfono; en su lugar, utiliza las direcciones de cada uno en la red. Así pues, usted enviaría un mensaje a una dirección, que podría pasar a través de una pasarela (gatewav) a su LAN y a continuación a su escritorio como si se tratara de otro nodo de la red. CDPD utiliza la Modulación digital gaussiana por desplazamiento mínimo (GMSK, Gaussian Mínimum Shift Keying) para modular la portadora en modo totalmente dúplex (canales

170

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

ascendente y descendente). También utiliza la codificación Reed Salomón, una técnica de corrección de errores. CDPD por conmutación de paquetes se anuncia como un sistema de red de datos a 19.2 Kbps. Los requisitos de la red y del protocolo incitan a que el caudal bruto de los datos reales del usuario opere en torno a 6.600 bits por segundo sobre un sistema sin carga. Los requisitos de información suplementaria o tara (overhead) están cercanos al 50 por 100, lo que hace que los usuarios finales se encojan de vergüenza. La tasa de datos a 9,6 Kbps es relativamente constante después de que el usuario CDPD haya pillado un canal para una transferencia de paquetes. El flujo de datos puede variar según las siguientes condiciones: ■ Red. ■ Implemcntación. ■ Carga de usuarios en la red (incluida la voz). El control real del canal CDPD por un único usuario (los canales son compartidos por diversos usuarios) puede ser tan bajo como del orden del 10 por 100. Así pues, el rendimiento real del uso con los múltiples usuarios puede extenderse desde alrededor de 960 bps hasta 9,6 Kbps. Depende de la carga del sistema. Equivale a cerca de 100 caracteres por segundo en el caudal más bajo y a 1.000 caracteres por segundo en el extremo superior, excluida cualquier técnica de compresión que se pueda emplear. La Tabla 7.2 compara la red de paquetes con la red convencional de datos inalámbricos. Esta es una buena manera de visualizar las diferencias en un esquema completo de los estándares del transporte de las redes de datos.

Las comunicaciones de los paquetes de datos son más eficientes Según se acaba de tratar en la sección de CDPD, los paquetes de una serie de conversaciones o mensajes de datos pueden atravesar el mismo canal. Los paquetes se mezclan en el canal, pero

Tabla 7.2.

Comparación de CDPD y los datos de la conmutación de circuitos.

Sistema celular por conmutación de circuitos

CDPD

Igual que el sistema de telefonía de red fija y módem que utiliza conexiones de marcación manual.

Sistema de paquetes de datos diseñado para mensajes cortos a ráfagas. Sistema optimizado para la mensajería inalámbrica.

Llama virtualmente a cualquier módem del mundo y se conecta mediante números de teléfonos convencionales.

No puede marcar directamente números de teléfono, pero puede enviar mensajes a direcciones de IP. X.25, etc.

Capacidad completa como fax para cualquier máquina fax o módem fax basado en estándares convencionales de telefonía.

Faxes limitados a sólo texto (por una pasarela del servicio de fax). No envía imágenes gráficas desde el fax.

Rentable para ficheros grandes y para aplicaciones con muchos datos.

Alta rentabilidad para grandes cantidades de mensajes cortos.

Caro para muchos mensajes muy cortos.

Caro para elementos adjuntos al correo electrónico, faxes, ficheros grandes, alto contenido de datos.

F.l promedio del tráfico oscila entre 50 y 1.500 caracteres por segundo (y 4:1 con compresión).

El promedio del tráfico oscila entre 100 y 1.000 caracteres por segundo (y 4:1 con compresión).

Servicios de comunicación de datos inalámbricos

171

se vuelven a ensamblar correctamente en el extremo receptor. Este entrelazado permite incrementar las capacidades para dar servicio a todo el mercado, pero también proporciona comunicaciones de banda ancha según se necesitan. En una red GPRS, el usuario puede enlazar los ocho intervalos de la trama TDMA en el enlace descendente para alcanzar una velocidad de transmisión de paquetes de datos igual a 170+ Kbps. Para ello se precisa la Fase 2 de GPRS; en la Fase 1, el móvil sólo puede utilizar tres intervalos de tiempo. Por supuesto, esta capacidad depende de la distancia de la célula GSM, de la interferencia en la zona y de la relación SNR que se alcance. Una transmisión de paquetes generalmente utiliza los paquetes del Protocolo de Internet (IP, Internet Protocol) (también denominados datagramas) para alcanzar el flujo de datos deseado. Algunas formas de transmisión de paquetes (tales como CDPD) se diseñaron para aprovechar el «espacio muerto» (sin uso) de los intervalos de tiempo de un canal de voz analógico. Los paquetes de datos se entrelazaban en el circuito cuando había silencio en el canal. No obstante, como los operadores migraron a un estándar de transporte de red digital, tal como TDMA, no surge ningún «espacio muerto» real en el intervalo de tiempo. Puesto que el canal (30 KHz en Norteamérica y 200 KHz en Europa con GSM) se comparte entre varios usuarios, los intervalos están llenos. En Norteamérica, TDMA-136 comparte el canal de 30 KHz entre seis usuarios, mientras que GSM comparte canales de 200 KHz entre ocho usuarios. Con un relleno de datos tan denso, poco se consigue en cuanto a la capacidad de repuesto, así que CDPD y otras redes de paquetes de datos requieren un canal dedicado. Ahora la industria se encamina hacia un híbrido donde algunos canales se asignan a la voz (GSM), varios canales se dedican a los datos (GPRS) y otros canales se comparten entre ambos servicios. Hoy en día, GPRS es una mera superposición a las redes GSM.

PROTOCOLO DE APLICACIONES INALÁMBRICAS (WAP) El Protocolo de aplicaciones inalámbricas (WAP, Wireless Application Protocol) surge del intento por definir un estándar que filtre el contenido de Internet y lo proporcione a los usuarios móviles. WAP se desarrolló para acceder de manera fácil al contenido de Internet desde un terminal móvil. La industria del móvil estaba emocionada con WAP porque combinaba dos de los segmentos con más rápido crecimiento: la comunicación inalámbrica e Internet. La tecnología WAP se ve como un protocolo amplio y escalable diseñado para el uso con: ■ Cualquier teléfono móvil (desde uno convencional que sólo permite visualizar una línea hasta un teléfono inteligente). ■ Servicios inalámbricos actuales o previstos tales como SMS, datos, datos de servicios suplementarios no estructurados (USSD, Unstructured Supplementary Services Data) y GPRS. ■ Diversos estándares de red móvil como CDMA, GSM y el Sistema universal de telecomunicaciones móviles (UMTS, Universal Motile Telephone System). ■ Terminales de múltiples entradas de datos (PDA, teléfonos con teclado y pantallas táctiles). WAP incorpora en el teléfono móvil un micronavegador relativamente sencillo. WAP está indicado para convertir el teléfono móvil del mercado de masas en un teléfono inteligente. En su diseño, WAP no se percibió como un medio para alcanzar velocidad sino como un utilitario. WAP se ha diseñado para: ■ Proporcionar una interfaz de usuario optimizada para la pequeña pantalla del terminal móvil. ■ Adaptar la velocidad y las restricciones de latencia de las redes móviles.

172

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

El terminal móvil WAP accede al contenido de la Web y a las aplicaciones a través de una pasarela WAP. WAP es un portador independiente y se puede utilizar en cualquier red móvil digital, red por conmutación de paquetes de datos móvil y la red de tercera generación (3G). En la actualidad muchos operadores están utilizando la red de conmutación de circuitos como portador de los servicios WAP. La experiencia del usuario en una red de conmutación de circuitos no es tan robusta debido a que las velocidades son lentas y los tiempos de conexión son muy largos. Esta circunstancia implica que los operadores mantengan sus ofertas de servicio. La llegada de las redes de conmutación de paquetes mejorará la experiencia del usuario en términos de velocidad. Sin embargo, no eliminará el tema central; las aplicaciones sólo serán convincentes si tienen en cuenta las limitaciones de la pequeña pantalla y la movilidad. La pasarela no tiene sitio dentro de la red móvil. Cualquier proveedor de servicios WAP, como los proveedores de contenido, los proveedores del servicio de aplicación (ASP, Application Service Providcrs) y operadores virtuales de red, pueden invertir en una pasarela. Esta posibilidad les proporciona un mayor control sobre el aspecto de la seguridad y un mayor control sobre los datos del cliente. La Figura 7.12 ilustra el perfil básico de un servidor WAP. La pasarela y el establecimiento de la sesión son los componentes críticos que se muestran en esta Figura, junto con los protocolos para datos. El sistema WAP también se ha vendido como el sueño hecho realidad de acceder a Internet desde cualquier lugar. No obstante, navegar por Internet con un terminal móvil WAP no es una gran experiencia para el usuario, las aplicaciones están limitadas a simples servicios de información. Por ejemplo, al utilizar el teléfono WAP y acceder a un servidor de correo electrónico, los elementos adjuntos (attachments) no se pueden visualizar. Por otra parte, WAP presenta algunos problemas para visualizar en la pantalla del terminal todos los gráficos y las animaciones llamativas de los sitios Web. Se necesitan aplicaciones más convincentes que exploten el potencial de la movilidad y de la Web, pero aún no están disponibles. WAP por si solo no proporciona la capacidad que los proveedores de contenidos necesitan para añadir a la información dependiente de la localización una propuesta de valor para la movilidad. Los servicios de localización llegarán a estar disponibles en las redes y con tecno-

F UE N T E : O v u m .

Figura 7.12. Una sesión WAP.

Servicios de comunicación de datos inalámbricos

173

logias de posicionamiento global, pero precisarán más tiempo para madurar y convertirse en un servicio producido en serie. La tarifa de precios todavía no es aceptable para muchos de los consumidores. La tendencia es que estos servicios sean más asequibles en los próximos años. Las capacidades de empuje todavía no están disponibles sobre WAP por lo que el contenido no puede dedicarse apropiadamente a un usuario debido a la necesidad de localización y a la capacidad en la forma de fluir los datos. A corto plazo, los SMS se utilizarán para complementar a WAP, proporcionando un servicio de pseudoempuje. Sin embargo, uno debe saber que no todos los servicios SMS son interoperables, en particular cuando los operadores se actualizan para afrontar otras necesidades (por ejemplo, GPRS, EDGE y UMTS). Respecto a otro tema, WAP no asegura la seguridad extremo a extremo, lo cual desanima a algunos proveedores de servicios financieros y a los comerciantes del comercio electrónico de permitir sus servicios a través WAP. En la actualidad existen otras soluciones para la seguridad en forma de cifrado y cortafuegos (firewall), pero añaden un elemento de complejidad con el que el usuario final no desea tratar . En una plataforma de voz sobre IP (VoIP, Voice over IP), WAP añadirá cierta funcionalidad. Esto ayudará a que el usuario final mantenga el interés en las aplicaciones de la red inalámbrica mientras que espera las nuevas aplicaciones y los nuevos teléfonos. Las llamadas de voz se establecerán a partir de las llamadas de datos.

SMS El Servicio de mensajes cortos (SMS, Short Message Service) tiene la capacidad de enviar y recibir mensajes de texto hacia y desde teléfonos móviles. El texto puede constar de palabras, números o una combinación de ambos. SMS se creó como parte de la Fase 1 del estándar GSM. El primer mensaje corto se envió en diciembre de 1992 desde un ordenador personal (PC, Personal Computer) a un teléfono móvil en el Reino Unido. Cada mensaje corto tiene una longitud máxima de 160 caracteres al utilizar alfabetos latinos y de 70 caracteres cuando se utilizan alfabetos no latinos como el árabe y el chino. No hay duda en cuanto al éxito de los SMS; sólo en Europa el mercado ha alcanzado unos mil millones de mensajes enviados a pesar de la poca comercialización proactiva por parte de los operadores de red y de los fabricantes de teléfonos. Los conductores clave del mercado, tales como WAP, continuarán esta trayectoria de crecimiento durante los próximos dos años.

Interoperatividad nacional de SMS La introducción de funciones que permiten la Ínteroperatividad entre los operadores de red que compiten en el mismo mercado geográfico da a los clientes la oportunidad de utilizar SMS de la misma manera que realizan una llamada telefónica. Justo mientras que hace una llamada de voz a otro teléfono, el uno puede enviar mensajes cortos al otro. Esta capacidad aumenta rápidamente el número de destinos de mensajes disponibles, de tal modo que se incrementa el valor y el uso de los SMS. Así pues, el añadir los SMS nacionales que interoperan supone una tasa de crecimiento del volumen de mensajes SMS del 50 por 100. En la actualidad, el uso de SMS en la red ha alcanzado un volumen crítico. Detrás de los servicios se encuentra un número suficiente de usuarios regulares y puntuales. SMS se ha convertido en una parte integral e importante en la vida diaria de muchos clientes de empresas. Un importante factor para que proliferen los servicios SMS en países donde el cruce de las fronteras es frecuente consiste en facilitar también la itinerancia internacional de los SMS. La introducción de protocolos estandarizados tales como el juego de herramientas de la aplicación del módulo de identidad del abonado (Subscriber Identity Module Application Toolkit)

174

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

y WAP contribuye al incremento del uso de la mensajería, que proporciona a los proveedores de aplicaciones y socios de empresas un entorno estándar de desarrollo y despliegue del servicio. Estos protocolos también facilitan a los usuarios la respuesta y el acceso a los servicios de mensajes a través de menús personalizados en el teléfono. Así pues, aunque estos protocolos son sólo el medio para un fin y no nuevos destinos o servicios de mensajería, probablemente manejen del 10 al 15 por 100 del volumen total de SMS.

Mensajería persona a persona Los usuarios de teléfonos móviles utilizan de forma rutinaria los servicios SMS para comunicarse con otros. Normalmente, esta mensajería persona a persona se utiliza por las siguientes razones: ■ ■ ■ ■

Decir hola. Recordar a alguien algo. Acordar una reunión. Comentar algo.

Tales mensajes se originan generalmente desde el teclado numérico del teléfono móvil. Cuando la información que se comunica es corta, SMS es el medio de mensajería ideal. Por ejemplo, los operadores de red normalmente cobran el mismo precio por el envío de un mensaje corto a alguien que se encuentra en la misma habitación que al que se encuentra de viaje en el extranjero con su teléfono móvil. Puesto que los mensajes cortos se entregan de forma proactiva a los teléfonos móviles que normalmente están en el bolsillo del usuario y pueden almacenarse para referirse a ellos más tarde, a menudo SMS es más conveniente que un correo electrónico o que los datos de la marcación manual. Una vez que los usuarios se familiarizan con los mensajes cortos, a menudo piensan que SMS es una manera útil de intercambiar información y de permanecer en contacto con los amigos.

Notificaciones por correo de voz y fax El uso más común de los SMS es para notificar a los usuarios de móvil que tienen nuevos mensajes de correo vocal o fax. Éste es el punto de partida para muchos usuarios de teléfono móvil que utilizan SMS. Una alarma SMS informa al usuario siempre que se envía un nuevo mensaje al buzón. Puesto que SMS ya se utiliza de forma rutinaria para alertar a los usuarios de nuevos mensajes de voz, esta aplicación es y seguirá siendo uno de los mayores generadores de mensajes cortos.

Alertas de los correos electrónicos de Internet Normalmente los usuarios de Internet no reciben notificación sobre la recepción de un nuevo correo electrónico. Deben consultar periódicamente la aplicación del correo para comprobar su buzón. Sin embargo, al ligar el correo electrónico de Internet a SMS, los usuarios pueden ser avisados siempre que se reciba un nuevo correo electrónico. La alerta del correo electrónico se proporciona en forma de mensaje corto que normalmente muestra el título y la primera frase del mensaje. La mayoría de las aplicaciones de correo electrónico incorporan el filtrado, así que sólo informan a los usuarios de ciertos mensajes. Puede resultar costoso o incómodo la notificación de todos los mensajes de correo electrónico (incluidos los correos basura). Debido

Servicios de comunicación de datos inalámbricos

1 75

al aumento del uso del correo electrónico de Internet para las comunicaciones globales, esta aplicación está volviéndose muy popular para SMS.

INTERNET INALÁMBRICO La mayoría de los operadores inalámbricos se posicionan únicamente para suministrar servicios multimedia inalámbricos, los cuales ofrecen a los usuarios móviles de este mercado en continuo crecimiento servicios de comunicación de voz y datos. Sin embargo, estos operadores deben entender y desplegar la arquitectura necesaria. Además, deben entender IP y lo que supone el soporte de estos servicios estratégicos. Mientras que los datos inalámbricos proliferan y el volumen de tráfico IP crece, las redes inalámbricas actuales requieren una estrategia similar a la de las redes fijas. Deben adoptar una posición para ser: ■ ■ ■ ■

Fiables. Dimensionables. Manejables. IP permitido y optimizado.

Internet inalámbrico (WI, Wireless Internet) evolucionará como estándar para los servicios móviles IP. WI utiliza una modificada y reforzada infraestructura de la red de conmutación de paquetes optimizada para el protocolo IP. Las actuales tendencias hacia la integración y la convergencia de la red en el futuro se convertirán en una realidad con la evolución de una arquitectura de paquetes común para las comunicaciones de voz y datos. ■ ¡La voz será datos y los datos también serán! Se transportan los paquetes de voz como servicio principal de la red. A medida que el tráfico de datos aumenta, la necesidad de elementos físicos y enlaces de red disminuye. Por otra parte, los operadores experimentarán una reducción de los costes totales de las instalaciones, según habían prometido los fabricantes desde 1996. La ventaja de utilizar servicios combinados de voz y datos es que pueden hacer que crezca la eficiencia del recurso del orden de 8 a 11 veces. Esto significa que los operadores expandirán su base de clientes sin necesidad de realizar importantes inversiones en los componentes de la red. ■ Integración de la movilidad: los servicios incluidos la voz, los datos, la gestión de la movilidad (MM, Mobility Management), SMS y nuevos servicios IP migrarán a los servidores de la red. La reducción de los costes totales de la red y la rapidez del tiempo de salida al mercado beneficiará a los operadores y a los usuarios finales de igual forma. Este WI reducirá para la voz los costes de red del operador a fracciones de un céntimo por minuto. Al mismo tiempo, se producirá la optimización de la red de datos extremo a extremo. La voz y los datos convergerán en una sola red, lo que produce mejores índices de beneficios para el coste de la red. La evolución hacia WI ampliará las oportunidades de introducir nuevas aplicaciones y servicios debido al aumento de la eficiencia en la red. Los desarrollos claves que conducirán a WI incluyen la evolución de los siguientes servicios: ■ Sistemas radioeléctricos de banda ancha. ■ Redes troncales IP para la Red móvil terrestre pública (PLMN, Public Land Mobile Network). ■ Pasarelas y guardabarreras (gatekeepers) de acceso al medio inalámbrico. ■ Servidores IP. ■ Centros de atención al cliente por Internet con voz y datos permitidos.

176

Comunicaciones inalámbricas de hancla ancha

La evolución y el despliegue de las tecnologías de radiocomunicación de banda ancha a l i viarán la contención y la congestión mientras que se abre la puerta a WI. Algunos desarrollos de radiocomunicación son los siguientes: ■ GPRS se superpone sobre la red GSM que entregará velocidades de transmisión de datos de hasta I 70 Kbps. ■ La plataforma de la Tasa de datos mejorada para la evolución de GSM (EDGE, Enhanced Data Rales for G SM Evolution) entregará velocidades de datos inalámbricos que comienzan con las tradicionales de la red fija de 56 Kbps y que alcanzan hasta 384 Kbps. ■ Las redes CDMA evolucionan a lxRTT permitiendo velocidades de datos a partir de 64 Kbps hasta 144 Kbps. ■ Las redes norteamericanas IS-136 (TDMA) evolucionan hacia GPRS-ED GE; los sistemas radioeléctricos basados en IP entregarán hasta 384 Kbps. ■ Los estándares 3G incluidos CDMA y UMTS mejorarán todo el funcionamiento y la densidad de voz mientras que proporcionan tasas de datos de hasta 2 Mbps. Cuando se perfeccionen, estas velocidades estarán disponibles para el usuario final y el operador móvil.

SISTEMAS GENERALES DE RADIOCOMUNICACIÓN POR PAQUETES El impresionante crecimiento de la telefonía móvil celular así como el número de usuarios de Internet promete un emocionante potencial para un mercado que combina ambas innovaciones: los servicios inalámbricos celulares de datos. En la última década ha aparecido una gran demanda de servicios de datos inalámbricos. El futuro no es diferente; veremos una curva de crecimiento incluso más grande para los servicios de datos inalámbricos. En concreto, los usuarios solicitarán acceso Wl de alto rendimiento. Como ya se ha visto, los servicios celulares de datos no satisfacen las necesidades de los usuarios y de los proveedores. Desde el punto de vista del usuario, las velocidades de los datos son demasiado lentas: el establecimiento de la conexión dura demasiado y es algo complicada. Por otra parte, el servicio es muy caro para la mayoría de los usuarios. Desde el punto de vista técnico, los actuales servicios inalámbricos de los datos se basan en la transmisión radio por conmutación de circuitos, lo cual supone una importante deficiencia. Asignan un canal de tráfico completo a un únieo usuario durante toda la duraeión de la llamada. Si el tráfico se presenta a ráfagas (por ejemplo, tráfico de Internet), el uso del recurso radio resultará altamente ineficiente. Para el tráfico a ráfagas, los servicios portadores de la conmutación de paquetes producen mejores resultados en los canales de tráfico. El canal sólo se asigna cuando es necesario y se liberará inmediatamente después de la transmisión de los paquetes. En base a este principio, múltiples usuarios pueden compartir un canal físico mediante una técnica de multiplexación estadística. Para tratar esas incficiencias, hasta ahora se han desarrollado dos tecnologías celulares de paquetes de datos: ■ CDPD (para AMPS, IS-95 e IS-136). ■ GPRS. Originalmente, el Servicio general de radiocomunicación por paquetes (GPRS. General Packet Radio Service) se desarrolló para GSM. En el futuro, se integrará dentro de IS-1 3 6. (GPRS es un nuevo servicio portador de GSM que mejora y simplifica enormemente el acceso inalámbrico de las redes de paquetes de datos (PDN. Packet Dala Network). GPRS aplica un principio de radiopaquetcs para transferir de manera eficiente los paquetes de dalos del usuario

Servicios de comunicación de dalos inalámbricos

177

entre las estaciones móviles GSM y las PDN externas. Los paquetes pueden encaminarse directamente desde las estaciones móviles GPRS a las redes de datos de conmutación de paquetes. La versión actual de GPRS soporta las redes IP y X.25. Los usuarios GPRS se benefician de tiempos de acceso más cortos y de tasas de datos más altas. En la marcación convencional de GSM, la conexión tarda varios segundos y las velocidades de transmisión de datos se limitan a 9,6 Kbps. GPRS ofrece tiempos para el establecimiento de la llamada y tasas de datos como los de ISDN. Además, la transmisión de paquetes GPRS ofrece al usuario una facturación más amigable que la ofrecida por los servicios por conmutación de circuitos. En los servicios por conmutación de circuitos, la facturación se basa en la duración de la conexión. Esto es inadecuado para las aplicaciones con tráfico a ráfagas. El usuario debe pagar por todo el tiempo de ocupación del aire, incluso por los períodos de inactividad en los que no se envían paquetes (por ejemplo, cuando el usuario lee una página Web). A diferencia de esto, en los servicios por conmutación de paquetes, la facturación se puede basar en la cantidad de datos transmitidos. La ventaja para el usuario es que él o ella puede permanecer en línea durante un largo período pero sólo se le cobrará en función del volumen de datos transmitidos. GPRS mejora la utilización de los recursos radio, ofrece la facturación por volumen, tasas de transferencia más altas, tiempos de acceso más cortos y simplifica el acceso a las PDN. El Instituto europeo de normalización de telecomunicaciones (ETS1, European Telecommunications Standards Institute) ha estandarizado GPRS durante los últimos cinco años. En la actualidad, aún continúan algunas pruebas pilotos y el despliegue comercial de la Fase I está en curso. A continuación se seguirá con una Fase 2 de GPRS como respuesta y mejora a las demandas de los usuarios.

Arquitectura del sistema GPRS Para integrar GPRS en la arquitectura existente de GSM, se introdujo una nueva clase de nodos de red denominados nodos de soporte de GPRS (GSN, GPRS Support Nodes). Los nodos GSN son responsables de la entrega y del encaminamiento de los paquetes de datos entre las estaciones móviles y las redes PDN externas. Un nodo de soporte de GPRS servidor (SGSN, Serving GPRS Support Node) es responsable de la entrega de los paquetes de datos desde y hacia las estaciones móviles dentro de su área de servicio. Sus tareas incluyen el encaminamiento y la transferencia del paquete, la gestión de la movilidad (incorporación/abandono de la red y gestión de la localización), la gestión del enlace lógico y las funciones de autenticación y tarificación. El registro de localización del SGSN almacena la información de la localización (célula actual, actual Registro de abonados visitantes [VLR, Visitor Location Register]) y los perfiles del usuario (Identificación internacional del abonado móvil [IMSI, International Mobile System ¡dentiflers], las direcciones utilizadas en la red de datos por paquetes) de todos los usuarios GPRS registrados en este SGSN. Un nodo de soporte de GPRS pasarela (GGSN, Gateway GPRS Support Node) actúa corno interfaz entre la red troncal de GPRS y las redes externas de paquetes de datos. Convierte los paquetes GPRS que proceden del nodo SGSN al formato apropiado del protocolo de los datos por paquetes (PDP, Packet Data Protocol) (por ejemplo, IP o X.25) y los envía a la red PDN correspondiente. En cuanto a la otra dirección, las direcciones PDP de los paquetes de datos entrantes se convierten en la dirección GSM del usuario destino. Los paquetes redireccionados se envían al nodo SGSN responsable. Para este propósito, el nodo GGSN almacena la dirección del SGSN actual del usuario y su perfil en su registro de localización. El nodo GGSN también realiza funciones de autenticación y tarificación. En general, existe una relación de muchos a muchos entre los nodos SGSN y GGSN.

178

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

■ Un nodo GGSN es la interfaz a las redes externas de paquetes de datos para diversos SGSN. ■ Un nodo SGSN puede encaminar sus paquetes sobre diferentes GGSN para alcanzar diferentes PDN. La Figura 7.13 muestra las interfaces entre los nuevos nodos de la red y la red GSM según las ha definido el ETSI. Todos los nodos GSN están conectados a través de una red troncal o de transporte (backbone) GPRS basada en 1P. En esta red, los nodos GSN encapsulan los paquetes PDN y los transmiten (túnel) utilizando el Protocolo de túneles GPRS (GTP, GPRS Tunneling Protocol). Actualmente existen dos clases de redes troncales: ■ Las redes troncales Intra-PLMN que conectan nodos GSN de la misma PLMN y son, por lo tanto, redes 1P privadas del proveedor de la red GPRS. ■ Las redes troncales Inter-PLMN que conectan nodos GSN de diversas PLMN. Para instalarlas es necesario un acuerdo de itinerancia entre dos proveedores de la red GPRS. La Figura 7.14 muestra dos redes de transporte intra-PLMN de diferentes PLMN conectadas con una inter-PLMN. Las pasarelas entre las PLMN y la red troncal inter-PLMN externa se denominan pasarelas fronterizas (border gateways). Entre otras, realizan funciones de seguridad para proteger a las redes troncales intra-PLMN privadas contra usuarios desautorizados y posibles ataques. Las interfaces Gn y Gp también se definen entre dos nodos SGSN. Permiten a los nodos SGSN intercambiar perfiles de usuario cuando la estación móvil se desplaza de una zona del SGSN a otra. A través de la interfaz Gf, el nodo SGSN puede preguntar el número de Identificación de red del equipo móvil (IMEI, Internet Mobile Equipment Identitv) de una estación móvil que intenta registrarse en la red. La interfaz G, conecta la PLMN con PDN externas públicas o privadas, tales como Internet o Intranets corporativas. Se soportan interfaces para las redes IP (IPv4 e IPv6) y X.25.

Servicios de comunicación de datos inalámbricos

179

El Registro de abonados ¡ocales (HLR, Home Location Register) almacena el perfil del usuario, la dirección del SGSN actual y las direcciones PDP de cada usuario GPRS de la PLMN. La interfaz Gr se utiliza para intercambiar esta información entre el registro HLR y el nodo SGSN. Por ejemplo, el SGSN informa al HLR sobre la localización actual de la estación móvil (MS) cuando se registra en un nuevo SGSN, el HLR enviará el perfil del usuario al nuevo SGSN. El nodo GGSN puede utilizar el camino de señalización entre el GGSN y el HLR (interfaz Gc) para preguntar por la localización y el perfil de un usuario para actualizar su registro de localización. Además, la Central de conmutación del servicio móvil (MSC, Motile Switching Center) I VLR se puede ampliar con las funciones y las entradas de registro que permiten una eficiente coordinación entre los servicios por conmutación de paquetes (GPRS) y por conmutación de circuitos (GSM convencional). Algunos ejemplos son los nuevos servicios combinados de localización GPRS y no GPRS, y los procedimientos combinados de conexión a la red. Por otra parte, las peticiones de radiobúsqueda por conmutación de circuitos de GSM se pueden realizar a través del SGSN. Para este propósito, la interfaz Gs conecta las bases de datos del SGSN y de la MSC/VLR. Para el intercambio de mensajes SMS a través de GPRS, se define la interfaz Gd. Esta interfaz interconecta la Pasarela MSC de SMS (SMS-GMSC, SMS Gateway MSC) con el SGSN.

Servicios portadores y servicios suplementarios Los servicios portadores de GPRS ofrecen una transferencia de datos por conmutación de paquetes extremo a extremo. Dos clases diferentes están disponibles: el servicio punto a punto (PTP, point-to-point) y el servicio punto a multipunto (PTM, point-to-multipoint). El último está disponible en las últimas versiones de GPRS. El servicio PTP ofrece la transferencia de paquetes de datos entre dos usuarios. La transferencia se ofrece en un modo sin conexión (servicio de red PTP para IP sin conexión) y en un modo orientado a conexión (servicio de red PTP para X.25 orientado a conexión).

180

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

El servicio PTM ofrece la transferencia de paquetes de datos de un usuario a múltiples usuarios. Dos clases de servicios PTM están disponibles: ■ El servicio de difusión múltiple (PTM-M), en el que los paquetes de datos se difunden en cierta zona geográfica. Un identificador de grupo indica si los paquetes van dirigidos a todos los usuarios o a un grupo de usuarios. ■ El servicio de llamada a un grupo (PTM-G), en el que los paquetes de datos se dirigen a un grupo de usuarios (a un grupo PTM) y se envían en las zonas geográficas donde actualmente se encuentran los miembros del grupo. También es posible enviar mensajes SMS sobre GPRS.

Utilización simultánea de los servicios por conmutación de paquetes y de circuitos En una red GSM/GPRS, los servicios convencionales por conmutación de circuitos (voz, datos y SMS) y los servicios GPRS se pueden utilizar en paralelo. Para ello se definen tres clases de estaciones móviles: ■ Una estación móvil de clase A que soporta la operación simultánea de GPRS y los servicios convencionales de GSM. ■ Una estación móvil de clase B que puede registrarse en la red para los servicios de GPRS y los servicios convencionales de GSM simultáneamente. A diferencia de una estación móvil de clase A, la clase B sólo puede utilizar uno de los dos servicios en cada momento. ■ Una estación móvil de clase C puede conectarse a la red para disponer de los servicios de GPRS o de los servicios convencionales de GSM. El registro (y el uso) simultáneo no es posible. Las excepciones a esta regla son los mensajes SMS, que se pueden recibir y enviar en cualquier momento.

EDGE: EL SIGUIENTE PASO EN LOS DATOS INALÁMBRICOS La siguiente generación de datos que preceden a la tercera generación y los entornos personales multimedia se basa en GPRS y se conoce como Tasa de datos mejorada para la evolución de GSM (EDGE, Enhanced Data Rafe jar GSM Evolution). Permitirá que los operadores GSM utilicen las bandas de radiofrecuencias existentes de GSM para ofrecer servicios y aplicaciones inalámbricas multimedia sobre IP a velocidades máximas teóricas de 384 Kbps con una tasa binaria de 48 Kbps por intervalo de tiempo y de 69,2 Kbps por intervalo de tiempo en buenas condiciones radiocléctricas. Los proveedores dicen que implcmentar EDGE es relativamente fácil y que requiere cambios relativamente pequeños en el hardware y software de la red, puesto que utiliza la misma estructura de trama TDMA, de canal lógico y de ancho de banda de la portadora (200 KHz) que las redes GSM de hoy en día. Mientras que EDGE progresa para coexistir con CDMA de banda ancha (W-CDMA, Widehand CDMA), las tasas de datos para velocidades de hasta 2 Mbps (como en ATM) están disponibles. Los grupos de ambos campos han estado trabajando para hacer converger sus planes 3G, que han obtenido como resultado que los operadores pueden poner en marcha las redes de alta velocidad de paquetes GPRS con cualquier estándar, junto con EDGE como interfaz radio.

Servicios de comunicación de datos inalámbricos

1 81

GERAN GERAN es un término utilizado para describir una red de acceso radio de canales de 200 KHz basada en GSM y EDGE. GERAN se basa en la publicación del 99 de GSM/EDGE {GSM/EDGE Reléase 99) y cubre todas las características nuevas de Ya. publicación de 2000 de GSM (GSM Reléase 2000) y de versiones posteriores, y mantiene la compatibilidad total con las versiones anteriores. EDGE es la evolución de GPRS que permitirá un caudal de tráfico de hasta tres veces mayor si se compara con GSM, que utiliza el mismo ancho de banda. EDGE, conjuntamente con GPRS, entregará en un futuro cercano servicios de datos de hasta 384 Kbps en zonas específicas. Como parte de todo el proceso conducente hacia una velocidad mayor, los operadores de los servicios de datos se fijan en los productos preparados para el futuro tales como los sistemas radio que permiten la reutilización máxima de un emplazamiento ya instalado, una estrategia para el ahorro económico. Aunque EDGE aún permanece en el horizonte, es una tecnología en evolución que entrega un caudal de tráfico más rápido que incluso el de los servicios por conmutación de paquetes y de circuitos. EDGE vuelve a definir el esquema de modulación y codificación de GSM con el mismo ancho de banda que el sistema GSM tradicional, pero entrega un caudal de tráfico tres veces mayor. Ello permite al usuario final una tasa de datos de un máximo de 48 Kbps por intervalo de tiempo para tráfico IP. Al añadir las capacidades de los intervalos de tiempo de GPRS, con los que un usuario puede controlar ocho intervalos de tiempo, son posibles las tasas de datos a 384 Kbps. GPRS facilita una velocidad de acceso a Internet por conmutación de circuitos hasta 10 veces mayor y EDGE se monta sobre GPRS para entregar otras tres veces más la capacidad. Esto hace de EDGE una solución altamente rentable para los operadores que ofrecen servicios móviles de datos de velocidad media. Muchos operadores y fabricantes planificaron sus despliegues para finales de 2001 y la disponibilidad comercial en 2002. Al mismo tiempo, otros fabricantes decidieron abandonar los planes para EDGE porque eran demasiado pequeños, demasiado tarde. En su lugar decidieron planificarse para participar en el trabajo que marchaba en paralelo.

UMTS Se pretende que los servicios del Sistema Universal de Telecomunicaciones Móviles (UMTS, Universal Mobile Telecommunications System) tengan un despliegue comercial global en 2005. Algunos sistemas experimentales de UMTS están todavía en pruebas de campo con los principales proveedores del mundo. UMTS será el siguiente estándar para los servicios móviles en Europa: es el miembro europeo de la familia IMT-2000 de los estándares celulares 3G. Las ventajas claves de UMTS comprenden mejoras en la calidad y en los servicios, incluido sofisticados servicios multimedia de banda ancha, flexibilidad en la creación y en la introducción futura del servicio, y la portabilidad omnipresente del mismo. Las redes 3G se convertirán en una realidad cuando cumplan los estándares de UMTS y ofrezcan una ubicuidad verdadera de la red troncal IP de conmutación de paquetes que permita entregar cualquier servicio de comunicación en cualquier sitio. UMTS también se basa en las tecnologías seleccionadas de W-CDMA.

Acceso a la red UMTS (UTRAN) La red de acceso radio terrestre de UMTS (UTRAN, UMTS Terrestrial Radio Access Network), basada en la tecnología ATM, soporta las interfaces radio del modo dúplex por división en frecuencia (FDD, Frequency División Dúplex) y dúplex por división en tiempo (TDD, Time

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

182

División Dúplex) para proporcionar flexibilidad, un soporte para una portadora de gran ancho de banda y un uso eficiente del espectro. Las estaciones base de UMTS proporcionarán tasas de datos de hasta 384 Kbps en los casos de movilidad completa y hasta 2 Mbps en los casos de movilidad local. UTRAN estará conectada con la red optimizada de 1P a través de pasarelas para proporcionar una transparencia total por la red troncal. La Figura 7.15 muestra la arquitectura de UMTS. El trabajo continúa en el frente de UMTS. También referido como el móvil 3G, UMTS se convertirá en el estándar global para los servicios móviles multimedia de banda ancha y ofrecerá nuevas oportunidades de negocio a los operadores inalámbricos existentes y nuevos. La entrega de datos a 2 Mbps, proporciona aplicaciones tales como: ■ ■ ■ ■

Navegación de alta velocidad por la Web. Compra interactiva. Presentación de fragmentos de video. Videoconfcrencia de baja resolución.

UMTS será un componente clave que permita la convergencia real de las telecomunicaciones, la informática y multimedia en el entorno móvil. Las expectativas apuntan a que las redes UMTS coexistan con las redes mejoradas de GSM por las tecnologías GPRS y/o EDGE. La promesa de estos datos móviles se convertirá en realidad en forma de servicios 1P inalámbricos cuando la industria tenga éxito en el desarrollo de aplicaciones convincentes para los consumidores y proporcione servicios personalizados fiables y fáciles de utilizar. Diversas actividades están en marcha para el desarrollo de soluciones para las aplicaciones de Internet móvil. Algunos planteamientos se basan en la arquitectura del servidor IP, que es neutro en la tecnología. Utilizará el software que funciona en el hardware de cualquier gran vendedor de ordenadores. Proporciona una interfaz uniforme que junta los estándares de la Web, de Internet y de Intranet, y que puede soportar los dispositivos terminales de fabricantes independientes. En el pasado, las soluciones propietarias de los fabricantes han sido un fastidio y una limitación para el futuro de las comunicaciones inalámbricas de datos. Ahora esta transparencia uti-

Figura 7.15. Arquitectura UMTS.

Servicios de comunicación de datos inalámbricos

183

lizará un modelo OSI para convertir y dar formato a cualquier dato en un servicio que se pueda entregar a cualquier clase de terminal, sin importar su tecnología incluidos el teléfono SMS, el dispositivo buscapersonas o el terminal WAP. Los nuevos servicios permitirán a los operadores inalámbricos ofrecer un acceso sin interrupciones a:         

Servicios de datos. Información general. Cotizaciones de acciones. Pronósticos del tiempo. Informes del tráfico. Servicios de localización. Comercio electrónico (E-commerce). Servicios de reserva y compra de billetes. Entrega de correo electrónico a diversos terminales de usuario.

La explosiva y universal aceptación de Internet es el catalizador para WI y para los servicios de datos del futuro. Pronto el acceso a la Web será tan directo y fiable como el de la telefonía fija. La competencia en las comunicaciones de datos, IP, la ingeniería radio y la conmutación se da en cada disciplina. El nuevo rumbo consiste en concluir la revolución de la convergencia en forma de datos móviles.

LA INDUSTRIA DE LOS DATOS INALÁMBRICOS Las estimaciones actuales de ingresos para la industria potencial de los datos inalámbricos ascendieron en el año 2002 a 37.500 millones de dólares sólo para las aplicaciones de WI. La industria de los datos inalámbricos, compuesta por los integradores de sistemas, los proveedores de software y de hardware, y por los operadores, queda definida por:     

Dispositivos únicos. Infraestructuras de red. Servicios nuevos y especiales. Enlaces a Internet. Contenido especializado.

Integradores de sistemas Los integradores de sistemas ayudan a los clientes a interconectar todos los elementos, especialmente los de las complejas aplicaciones verticales del mercado donde todavía tiene que materializarse una única solución comercialmente disponible. Tales aplicaciones a menudo implican conseguir que los dispositivos anteriores hagan cosas nuevas o enlazar bases de datos de empresas para las aplicaciones especializadas del servicio de campo. La «caja» será el equivalente a la solución de Microsoft Windows™ para el mundo inalámbrico. Los operadores inalámbricos se posicionan únicamente para hacerse proveedores de servicios inalámbricos multimedia, para ofrecer servicios de comunicación de voz y de datos a los usuarios móviles de este mercado.

Proveedores de software Las firmas de software para datos inalámbricos incluyen a especialistas para el software de los dispositivos inalámbricos y a nuevos participantes del entorno informático que ofrecen la co-

184

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

nectividad e integración del ordenador de sobremesa con el ordenador portátil. Por ejemplo, aunque 3Com ha interrumpido el sistema Audrey™, la capacidad de acceder a Internet y de sincronizar los asistentes personales digitales (PDA, Personal Digital Assistant) Palm fue un comienzo en dirección al futuro. El proyecto Audrey™ renace como una interfaz inalámbrica para Internet y utiliza su interfaz de Asociación de los datos por infrarrojos (lrDA, lnfrared Data Associution) para sincronizarse con el PDA. Las combinaciones son emocionantes y están orientadas al mercado de tal forma que hacen del dispositivo aún más apetecible.

Proveedores de hardware La construcción del dispositivo correcto, denominado por un experto de la industria como «dispositivo que se lleva de forma inconsciente» (unconscious carry), es un desafío técnico y creativo. ¿Cuánta memoria se puede introducir en un dispositivo que quepa en un bolsillo? ¿Cuántas interfaces de programa de aplicaciones (API, Applications Program Interfaces) se pueden insertar en la memoria del dispositivo? Un proceso sin consideración de la conexión con sus datos, sin importar la localización, es lo que hace que todo sea posible e imaginable. Los proveedores de hardware tienen que pensar más allá de la «caja», es decir, deben pensar en la interconectividad inalámbrica y en el modo de un dispositivo orientado a la aplicación.

Operadores El cliente no se preocupa de cómo llegan los datos, simplemente quiere que lleguen. La amorfa nube que típicamente se define para el negocio de las comunicaciones fijas ahora se está convirtiendo en la norma aceptada para el negocio de las comunicaciones inalámbricas. Cuando un usuario desea enviar datos, la necesidad es mover la información de forma transparente de un punto a otro. Si llega a ser un proceso más complejo que eso. el usuario se resistirá a utilizar este servicio. Los pioneros de la industria que desean ser los primeros usuarios que tienen acceso a los datos de alta velocidad aceptarán un servicio menos simple. Estos usuarios tienden a ser más astutos técnicamente, mientras que el público consumidor general sólo desea saber, «¿qué es?», «¿qué va a hacer por mí?» y, «¿cuánto va a costarme?». Cualquier cosa que requiera más pensamientos que estos va a retrasar la aceptación total de las tecnologías. Cuando se comienza a utilizar una capacidad de transmisión de datos por conmutación de circuitos, que es la misma que una conexión del sistema fijo, se vuelve intuitiva. Cuando los datos se transfieren en modo de paquetes sin marcación, se convierte en la norma. A medida que los operadores ponen en marcha sus nuevos servicios de datos, deben mantener presente al usuario final. La facturación de los datos también tendrá que estar más alineada con la manera en que el cliente hace negocios. Algunos modelos se están construyendo sobre el modelo inalámbrico de datos del sistema DoCoMo en Japón. DoCoMo factura por paquetes, 1/4 de céntimo por paquete de datos que se utilice. ¿Qué pasa con los paquetes descartados o corruptos?, ¿cómo se puede esperar conseguir una red más fiable para el transporte de datos y tener pocos errores de datos y retransmisiones de paquetes? El modelo debe tenerlo en cuenta o los operadores experimentarán una cierta resistencia por parte de los usuarios finales.

DATOS INALÁMBRICOS: TIPOS DE APARATOS Ningún dispositivo resuelve las necesidades de cada cliente; no todo el mundo desea un dispositivo de comunicaciones del tipo reloj de pulsera para la voz, como el que se muestra en la

Servicios de comunicación de datos inalámbricos

185

Figura 7.16. El modelo reloj de pulsera no satisface a todos los usuarios.

Figura 7.16, e incluso menos tener la necesidad de transferir datos y correo electrónico a través de este dispositivo. Para algunos usuarios, un tamaño pequeño es crítico, ¿cabe en un bolsillo? Para otros, el funcionamiento y la flexibilidad son los elementos más importantes a la hora de decidirse. Algunas de las opciones se representan mejor desde la perspectiva del usuario. No obstante, la Tabla 7.3 enumera algunos de los dispositivos ajustándose a la necesidad y descripción del aparato. Sin embargo, no se puede olvidar que el grado de movilidad de los usuarios marcará las pautas del caudal de tráfico real de los datos tal y como se ha indicado antes. Cuando se observa la aceptación y el índice de usuarios nuevos que se registran en las redes de datos, especialmente en Internet, los números son espectaculares, según se observa en la Figura 7.17. Los usuarios de Internet de todo el mundo muestran por el tipo de acceso que el índice de crecimiento está escalando en el terreno inalámbrico. La Figura 7.18 ilustra el número de abonados sólo para la voz y el acceso a datos. Esta Figura también representa el crecimiento de los usuarios de datos inalámbricos en Internet para los próximos años y el cambio del índice desde sólo voz hasta una aplicación de datos y voz. Estas figuras simplemente indican la dependencia de las comunicaciones inalámbricas que el mundo llegará a tener en unos años. Más concretamente, el uso de las comunicaciones de datos llegará a ser de suma importancia. Debemos esperar y ver cuál será la estrategia en el futuro para la voz y los datos.

Tabla 7.3.

Comparación de los dispositivos que llegarán a estar disponibles

Artículo

Descripción

Asistente personal digital (PDA) Dispositivo ordenador de mano Dispositivo de bolsillo para radiobúsqueda Dispositivos nuevos Tarjetas de PC

Palm. Visor, Newton HP y Toshiba (Libretto) Accompli Audrey * Airlink, servicios Arinet

* 3Com ha suspendido el proyecto Audrey, pero aparecerá algún otro dispositivo que imite de igual modo al aparato.

186

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Figura 7.17.

Los usuarios de Internet de todo el mundo según el tipo de acceso.

Figura 7.18.

Los usuarios inalámbricos y de datos inalámbricos muestran un 27 por ciento de penetración para el año 2004.

Capítulo 8 REDES DE ÁREA LOCAL INALÁMBRICAS (WLAN)

El mercado de las comunicaciones inalámbricas ha disfrutado de un enorme crecimiento. Hoy en día la tecnología inalámbrica alcanza o es virtualmente capaz de alcanzar cualquier lugar de la superficie de la Tierra. Cada día cientos de millones de personas intercambian información a través de buscapersonas, teléfonos celulares y otros productos de comunicación inalámbrica. Después del tremendo éxito de la telefonía inalámbrica y los servicios de mensajería, apenas sorprende que la comunicación inalámbrica también comience a aplicarse en el ámbito de la informática personal y de los negocios. Se acaba el tiempo de estar limitados por el arnés de las redes cableadas, la gente será capaz de acceder y compartir información a gran escala casi desde cualquier lugar donde se aventuren.

REDES DE ÁREA LOCAL INALÁMBRICAS El considerar todas las combinaciones posibles de una arquitectura inalámbrica de banda ancha incluye encontrar oportunidades para aumentar las velocidades en la red de área local (LAN, Local Área Network). Las comunicaciones móviles y ahora también las redes de datos móviles son dos de las áreas donde la transmisión está supeditada a lo siguiente: ■ ■ ■ ■

Distancias de la célula. Interferencia de otros dispositivos del entorno. Capacidades de la potencia de salida del terminal móvil. Relación distancia/velocidad del dispositivo móvil.

Cada uno de estos factores tendrá un impacto directo sobre la velocidad y la fiabilidad del caudal de tráfico (throughput) de datos de un servicio de comunicación móvil. Sin embargo, las comunicaciones móviles de alta velocidad, según se ha mostrado en los Capítulos anteriores, transmiten un total de hasta 2 Mbps con el Sistema universal de telecomunicaciones móviles (UMTS, Universal Mobile Telecommunications System). No obstante, las velocidades para los dispositivos móviles actuales varían entre 64 Kbps y 384 Kbps, lo cual puede impresionar pero no si se compara con algunos de los servicios de la red fija. Cuando la movilidad del dispositivo es baja, pueden llegar a alcanzarse velocidades mayores. ¡Un planteamiento inalámbrico puede ser la solución más recomendable para una LAN! En las redes LAN, se ha visto cómo las velocidades del cable ascienden a partir de una velocidad Ethernet originalmente a 10 Mbps hasta la velocidad Ethernet actual de 10 Gbps. Este aumento no está disponible de forma permanente, pero desde la perspectiva del estándar es la situación en la que se encuentra la industria. La Figura 8.1 representa un diagrama del aumento de las velocidades y capacidades de las redes LAN Ethernet a lo largo de los años. Ahora las velocidades de hasta 10 Gbps son alcanzables con una arquitectura basada en fibra óptica. Pero, para un entorno inalámbrico, se ha visto un planteamiento diferente. En lugar de tener un ancho de banda ilimitado, se utilizan las tecnologías de LAN inalámbricas que entregan mucho menos 189

190

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

1976

1996

1998

2002

Figura 8.1. Velocidades de Ethernet cableado en el tiempo.

tráfico que las redes de cable. La realidad demuestra que las velocidades de 2 Mbps son parte del pasado. Actualmente las nuevas técnicas permiten funcionar a velocidades Ethernet de hasta 11 Mbps. Realmente no se alcanzan los 11 Mbps completos, sino que de nuevo se observa que Ethernet cableado sólo entrega del 33 al 40 por 100 de sus velocidades estimadas. La Figura 8.2 compara el caudal de tráfico real de una LAN cableada y de una LAN inalámbrica. Las velocidades no son tan importantes como el caudal de tráfico total, pero cada uno lo valora de la forma que mejor le viene. Observe que el medio apenas afecta a las velocidades de las redes cableadas e inalámbricas; los protocolos añaden una cantidad significativa de tara o

Figura 8.2. Comparación de la velocidad estimada frente a la actual.

Redes de úrea local inalámbricas (WLAN)

191

información suplementaria (overhead) a la transmisión y, por lo tanto, reducen el caudal de tráfico total. Uno siempre debe informarse de lo que se está vendiendo como tasa de datos bruta y de lo que en realidad se puede alcanzar teniendo en cuenta el medio y la topología de la red. Mientras que las redes de cable pueden lograr un caudal de tráfico de datos mayor, las redes inalámbricas proporcionan una movilidad y flexibilidad inasequibles en una red cableada. Este equilibrio es una de las ventajas que hay que tener en cuenta al revisar los procedimientos y las capacidades sin el bombardeo publicitario. ¡Recuerde que primero es el chisporroteo y luego está el filete!

DEFINICIÓN DE UNA LAN INALÁMBRICA Una LAN inalámbrica (WLAN, Wireless LAN) es un sistema de comunicación de datos flexible implementado como una extensión o una alternativa de una LAN cableada dentro de un edificio o un campus universitario. Uno debería considerarlos más como productos complementarios que como productos que compiten. Las WLAN utilizan ondas electromagnéticas para transmitir y recibir datos, por ejemplo: ■ Radio. ■ Luz. ■ Infrarrojos (IR). Las redes WLAN transmiten y reciben datos por el aire, minimizando la necesidad de conexiones cableadas. Combinan la conectividad de los datos con la movilidad del usuario. A través de simples configuraciones, permiten redes LAN móviles. Muchos de los usuarios de la red son ahora más móviles que nunca dentro de su oficina. Sin embargo, las combinaciones de LAN disponibles participan en la instalación y operación diaria. Las combinaciones de una LAN incluyen una LAN completamente cableada, como se muestra en la Figura 8.3. En este escenario, la LAN se instala tendiendo cables de cobre a cada usuario. Todas las aplicaciones y todos los usuarios se interconectan a través de la red de cobre. El uso de pares trenzados sin apantallar hace que sea fácil de instalar y económico de mantener. No todas las LAN están cableadas; en algunos casos, la red se instala como una LAN inalámbrica basada en la interfaz inalámbrica de cada dispositivo terminal (una tarjeta NIC). De este

Figura 8.3.

LAN cableada.

192

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Figura 8.4.

LAN inalámbrica por radio.

modo, se logra una conexión de propósito específico o red «ad hoc». Este tipo de WLAN siempre se ha considerado la más limitada debido a las distancias y las zonas de cobertura que hay en grandes edificios de oficinas donde el entorno está rodeado por hormigón y acero, todo lo que limita el caudal de tráfico y las distancias. Esta red WLAN puede establecerse en forma de enlace radio (Figura 8.4) o de enlace por infrarrojos (Figura 8.5). Independientemente del medio, éste siempre afecta al caudal de tráfico y a las distancias; en este caso la LAN está muy limitada.

Figura 8.5. LAN inalámbrica por infrarrojos.

Redes de área local inalámbricas (WLAN)

193

Durante la pasada década, las WLAN han ganado popularidad en una serie de mercados verticales como por ejemplo el cuidado de la salud, la venta al público o minorista, la fabricación, el almacenamiento y los entornos académicos. Estas industrias se han beneficiado de los aumentos de productividad que ha supuesto el utilizar los dispositivos y ordenadores portátiles para transmitir información en tiempo real a los ordenadores principales o anfitriones (hosts) centralizados para el procesamiento. Hoy en día, las redes WLAN están ganando popularidad como alternativa a la conectividad de propósito general para una amplia gama de clientes de empresa. El mercado estadounidense de las LAN inalámbricas se aproxima con rapidez a unos ingresos de 1.000 millones de dólares.

APLICACIONES PARA LAN INALÁMBRICAS Más que sustituir a las redes LAN cableadas, las LAN inalámbricas amplían su zona de cobertura, lo cual proporciona los pocos metros finales de la conectividad entre una red troncal (backbone) y un usuario móvil en el interior de un edificio o en un campus universitario. La siguiente lista describe algunas de las muchas aplicaciones logradas con la capacidad y la flexibilidad de las LAN inalámbricas: ■ El personal médico de los hospitales utiliza los Asisten/es personales digitales (PDA. Personal Digital Assistant) o los ordenadores portátiles con capacidad de WLAN para entregar la información del paciente al instante. ■ Los equipos de consultaría o de auditoria de cuentas o los pequeños grupos de trabajo mejoran las comunicaciones con un sistema de red rápido o de propósito específico. ■ Los administradores de red de entornos dinámicos minimizan los gastos generales de los movimientos y los cambios. ■ Los centros de formación corporativa y los estudiantes de universidades utilizan la conectividad inalámbrica para acceder con facilidad a la información de estudio. ■ Los administradores de red que instalan ordenadores en edificios antiguos consideran las LAN inalámbricas como una solución rentable para la infraestructura de red. ■ Los encargados de los sistemas de información ( IS, Information Svstems) de almacenes minoristas utilizan redes inalámbricas para simplificar la reconfiguración frecuente de la red y facilitar que las ventas de aparcamiento y a pie de calle sucedan sin el elevado coste de cablear estas ubicaciones. ■ Los trabajadores de espectáculos comerciales minimizan los requisitos del sistema con la instalación de redes LAN inalámbricas preconfiguradas y la reducción del soporte local (MIS, Management Information Service or System Support). ■ Los trabajadores de almacén utilizan las WLAN para intercambiar información con las bases de datos centrales de la tienda. ■ Los administradores de red utilizan las WLAN para proporcionar soporte a la s aplicaciones de misión crítica que funcionan en las redes cableadas. ■ Los empleados de un restaurante y los representantes de un servicio de alquiler de coches proporcionan un servicio más rápido con la entrada y la recuperación en tiempo real de la información del cliente. El uso de un dispositivo portátil de radiofrecuencia (RE) para introducir datos evita que la gente esté en cola y acelera la entrega del servicio. ■ Los directivos en salas de conferencias toman decisiones más rápidas cuando tienen al alcance de sus manos el acceso a la información en tiempo real. ■ Los propietarios de edificios históricos utilizan LAN inalámbricas debido a los l í m i l e s que impone la propia estructura del edificio (por ejemplo, pisos que no se pueden de rribar).

194

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

VENTAJAS DE WLAN La estratégica dependencia de las redes entre negocios competitivos y el meteórico crecimiento de Internet y de los servicios en línea son fuertes testimonios de las ventajas de los datos y de los recursos compartidos. A través de las redes LAN inalámbricas, los usuarios pueden acceder a la información compartida sin tener que buscar un lugar para conectarse y los administradores de red pueden instalar o ampliar las redes sin tender o mover cables. Las redes LAN inalámbricas ofrecen las siguientes ventajas de productividad, servicio, comodidad y coste sobre las tradicionales redes cableadas: ■ La movilidad mejora la productividad v el servicio. Los sistemas de una LAN inalámbrica proporcionan a los usuarios el acceso a la información en tiempo real en cualquier lugar de su organización. Esta movilidad proporciona oportunidades de productividad y servicio que no son posibles con las redes cableadas. ■ Las LAN inalámbricas son rápidas v simples de instalar. La instalación de una LAN inalámbrica es rápida y fácil, además elimina la necesidad de tender cable por paredes y techos. ■ Algunas veces es más económico utilizar una LAN inalámbrica. Por ejemplo, en edificios antiguos, el coste de limpieza o de retiro del amianto es mayor que el coste de la instalación de una solución inalámbrica. En otras situaciones, por ejemplo en la planta de una fábrica, puede que no sea factible desplegar una LAN cableada tradicional. Las LAN inalámbricas ofrecen la conectividad y la comodidad de las LAN cableadas sin la necesidad de un cableado o recableado costoso. Las WLAN proporcionan todas las funcionalidades de las LAN cableadas, pero s i n la s limitaciones físicas del cable. Las configuraciones de la WLAN incluyen redes independientes (que ofrece conectividad de «igual a igual» [peer-to-peer]) y redes de infraestructura (que soportan comunicaciones de datos totalmente distribuidas). ■ Soluciones inalámbricas de área local punto a punto, del tipo puente para LAN-LAN y Redes de área personal (PAN, Personal Arca Network), pueden solaparse con algunas aplicaciones WLAN, pero fundamentalmente abordan las necesidades del usuario. Una solución que establezca un puente inalámbrico LAN-LAN es una alternativa al cable que conecta dos LAN situadas en edificios separados, según se muestra en la Figura 8.6. Una red inalámbrica PAN habitualmcnte abarca algunos metros del espacio de trabajo que rodea a un usuario y tiene capacidad para sincronizar ordenadores, transferir ficheros y acceder a periféricos locales. ■ Las LAN inalámbricas no deberían confundirse con las Redes inalámbricas de área metropolitana (WMAN, Wireless Metropolitan Área Network), que se emplean para la radiocomunicación de paquetes que a menudo se utiliza en aplicaciones de servicio públ i co o de refuerzo a la ley. ■ Tampoco deberían confundirse con las Recles inalámbricas de área extendida (WWAN. Wireless Wide Área Network), que se emplean para la transmisión de datos de área extendida sobre una radiocomunicación celular o de paquetes. Estos sistemas suponen infraestructuras más costosas, proporcionan tasas de datos menores y requieren que los usuarios paguen en función del tiempo o del uso. Como premisa las WLAN no requieren ninguna cuota de uso y proporcionan de 100 a 1.000 veces la velocidad de transmisión de los datos de las redes exteriores.

Redes de área local inalámbricas (WLAN)

Edificio A Figura 8.6.

195

Edificio B Puente inalámbrico que conecta dos edificios.

CÓMO FUNCIONA LA RED WLAN Las redes LAN inalámbricas utilizan ondas electromagnéticas (radio e infrarrojos) para transmitir la información de un punto a otro. Las ondas radioeléctricas a menudo se conocen como portadoras radio porque realizan la función de transportar la energía a un receptor remoto. Los datos que se transmiten se superponen a la portadora radio para poderlos extraer con exactitud en el extremo receptor. Este proceso generalmente se conoce como modulación de la portadora a partir de la información que se transmite. Una vez que los datos se superponen sobre la portadora radio (señal modulada), la señal radioeléctrica ocupa más de una única frecuencia, puesto que la frecuencia o tasa binaria de la información de modulación se añade a la portadora. Al mismo tiempo pueden existir varias portadoras radio en el mismo espacio sin interferir con las demás si se transmiten en diversas radiofrecuencias. Para extraer los datos, un receptor radio sintoniza (o selecciona) una radiofrecuencia mientras que rechaza el resto de las señales radio en frecuencias distintas. En una configuración típica de WLAN, un dispositivo transmisor/receptor (transceptor), denominado punto de acceso (AP, Access Point), se conecta a la red cableada de una ubicación fija mediante un cable Ethernet estándar. Como mínimo, el punto de acceso recibe, almacena y transmite los datos entre la WLAN y la infraestructura de red cableada. Un único punto de acceso puede soportar un grupo pequeño de usuarios (Figura 8.7) y funcionar dentro de un rango que vaya de 100 pies1 hasta varios cientos de pies. El punto de acceso (o la antena sujeta al punto de acceso) generalmente se monta en un lugar alto, pero en realidad puede ponerse en cualquier lugar que resulte práctico siempre y cuando permita obtener la cobertura radio deseada. Los usuarios finales acceden a la WLAN a través de adaptadores para LAN inalámbricas, que aparecen en forma de: ■ Tarjetas PC para ordenadores portátiles. ■ Adaptadores ISA o PCI para ordenadores de sobremesa. ■ Dispositivos totalmente integrados para ordenadores de pequeño tamaño. 1

1 pie = 0,3048 m. (N. del T.)

196 Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Figura 8.7.

El punto de acceso soporta distancias cortas y pequeños grupos

de usuarios.

Los adaptadores de WLAN proporcionan una interfaz entre el Sistema operativo de la red (NOS, Network Operating Svstem) cliente y las ondas (a través de una antena). La naturaleza de la conexión inalámbrica es transparente para NOS.

CONFIGURACIONES DE UNA WLAN Existen muchas opciones disponibles, desde las configuraciones más simples a las más complejas. La ventaja de estas configuraciones es que pueden modificarse en un corto plazo de tiempo.

WLAN independientes La configuración más sencilla de una WLAN es probablemente la WLAN independiente (o de «igual a igual»). Se conectan dos PC mediante adaptadores inalámbricos, RF o IR. En todo momento dos o más adaptadores inalámbricos están dentro del alcance de cada uno, por lo tanto, pueden establecer una red independiente. Estas redes bajo demanda son rápidas y fáciles de utilizar porque no requieren ningún dispositivo o configuración costosos. Cualquier persona que alguna vez ha utilizado el puerto IR de su PC sabe lo sencillo que puede ser el establecer una conexión con otro dispositivo e intercambiar datos. También se puede hacer con el puerto IR de un teléfono celular, por ejemplo, para descargar el listín telefónico. La Figura 8.8 muestra esta configuración.

WLAN extendidas Los puntos de acceso pueden extender el alcance de las WLAN independientes al actuar como repetidores que doblan de forma efectiva la distancia entre los PC inalámbricos, según se muestra en la Figura 8.9. Estos puntos de acceso crean el efecto del típico concentrador (hub) o conmutador (switch) que habitualmente se observa en los armarios donde se instalan

Redes de área local inalámbricas (WLAN)

197

Figura 8.8. WLAN independiente.

una serie de PC cableados en una configuración en estrella. El concentrador se popularizó en 1984 cuando se introdujeron las redes lOBaseT. Al utilizar este punto de acceso como sustituto del concentrador, la WLAN puede extenderse más allá del alcance de dos dispositivos independientes. Normalmente las cortas distancias entre dos dispositivos independientes se doblan con el punto de acceso.

Infraestructura de las WLAN En la infraestructura de las WLAN, los puntos de acceso múltiple enlazan la WLAN a la red cableada y permiten a los usuarios compartir de forma eficiente los recursos de la red. Los

Figura 8.9.

Los puntos de acceso extienden las distancias de la WLAN para ordenadores portátiles.

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

puntos de acceso no sólo proporcionan la comunicación con la red cableada, sino que también negocian el tráfico de la red inalámbrica en el entorno inmediato. Los puntos de acceso múltiple pueden proporcionar una cobertura inalámbrica a un edificio o a un campus universitario entero.

OPCIONES DE LA TECNOLOGÍA WLAN Los proveedores de WLAN disponen de una amplia gama de tecnologías a la hora de elegir el diseño de una solución WLAN. Cada tecnología aporta su propio conjunto de ventajas y limitaciones.

Espectro ensanchado La mayoría de los sistemas WLAN utilizan la tecnología de espectro ensanchado, que ya se ha tratado en las técnicas de Acceso múltiple por división de código (CDMA, Code División Múltiple Access), para sistemas de comunicaciones fiables, seguras y de misión crítica. El espectro ensanchado sacrifica la eficiencia del ancho de banda por fiabilidad, integridad y seguridad. La WLAN consume más ancho de banda que una transmisión de banda estrecha, pero produce una señal más fuerte y fácil de detectar. Asume que el receptor conoce los parámetros de la señal de espectro ensanchado que se difunde. Si el receptor no se sintoniza con la frecuencia correcta, la señal de espectro ensanchado parece ruido de fondo.

CONSIDERACIONES DEL CLIENTE DE LA WLAN Comparado con las redes LAN cableadas, las WLAN proporcionan flexibilidad en la instalación y configuración así como la libertad inherente de la movilidad de la red. Sin embargo, cuando se considera el uso de una WLAN, el administrador de la red debe tener en cuenta algunas de las siguientes cuestiones.

Alcance/Cobertura La distancia sobre la que las ondas RF pueden comunicarse es una función del diseño del producto (que incluye la potencia transmitida y el diseño del receptor) y de la trayectoria de la propagación, especialmente en entornos de interior. Las interacciones con objetos como paredes, vigas de acero, armarios de archivos, gente, puertas, etc., pueden afectar al modo de propagación de la energía. El resultado es que estos objetos afectan al alcance y a la cobertura de un determinado sistema. La mayoría de los sistemas WAN son RF porque las ondas radioeléctricas pueden atravesar muchas paredes y superficies de los interiores. El alcance para los típicos sistemas WLAN varía aproximadamente entre 50 y 500 pies. La itinerancia puede ampliar la cobertura mediante una instalación de microcélulas.

Caudal de tráfico Al igual que con los sistemas de una LAN cableada, el caudal de tráfico real en las LAN inalámbricas depende del producto y del sistema. Los factores que afectan al caudal de tráfi-

Redes de área local inalámbricas (WLAN)

199

co incluyen la congestión de las ondas (el número de usuarios), factores de propagación tales como el alcance y el multitrayecto, el tipo de sistema WLAN utilizado, así como la latencia y los cuellos de botella en los segmentos cableados de la WLAN. Las tasas de datos habituales oscilan entre 1 Mbps y 1 1 Mbps. Los usuarios de las tradicionales LAN Ethernet generalmente experimentan poca diferencia de funcionamiento cuando utilizan una WLAN. Las WLAN proporcionan el suficiente caudal de tráfico para la mayoría de las aplicaciones de oficina de una LAN. Una aplicación gráfica densa o vídeo/voz en tiempo real (streaming video/voice) pueden experimentar un factor de degradación significativo en la WLAN. La consideración de utilizar una WLAN para este tipo de aplicaciones depende totalmente de la propia aplicación.

Integridad y fiabilidad Las tecnologías inalámbricas para datos se han utilizado desde hace más de 50 años. Las aplicaciones inalámbricas de sistemas comerciales y militares son tecnologías probadas. Aunque la interferencia radio puede provocar la degradación del caudal de tráfico, está limitada al espacio de trabajo. Un diseño robusto y la limitación de la distancia dan como resultado conexiones mucho más robustas que las de la telefonía celular y proporcionan la integridad de los datos que funciona igual o mejor que en las redes de cable.

ESPECIFICACIÓN 802.11 El progreso y el desarrollo de la tecnología del silicio acompañado de los bajos precios y de la interoperabilidad del producto han conducido a la especificación de la LAN inalámbrica de alta velocidad denominada 802.1 Ib. Estas redes son las que ahora se implantan en las empresas. IEEE 802.11 b utiliza la tecnología de espectro ensanchado por secuencia directa (DSSS, Direct Sequence Spread Spectrum). DSSS modula la cadena de datos de ls y Os con una secuencia chip (minibits) codificada. En 802.11, esa secuencia se denomina código Barker, el cual es un patrón de 11 bits (1 01 101 11000). El chip codificado presenta ciertas propiedades matemáticas que presta a través de la modulación de ondas radioeléctricas. Los datos originales se codifican con el código Barker. El resultado es una serie de chips. El código Barker de 1 1 bits codifica cada bit, y cada grupo de 1 1 chips codifica un bit de datos. Las radiocomunicaciones inalámbricas generan una onda portadora de 2,4 GHz (2,4 GHz a 2,483 GHz) y la modulan utilizando diversas técnicas. La Tabla 8.1 muestra qué se puede hacer para generar las secuencias de bits. Con los dispositivos 802.11, según se aleja uno, la parte radio adapta y utiliza una técnica de codificación de menor complejidad (y más lenta) para enviar los datos. En 1998, Lucent Technologies y Harris Semiconductor propusieron conjuntamente al IEEE un estándar denominado Codificación complementaria (CCK, Complementary Cade Keving). Para conseguir 11 Mbps los proveedores necesitaban cambiar sus técnicas de codificación. En lugar del aceptado código Barker, ellos utilizaban palabras códigos denominadas Secuencias complementarias. Al utilizar 64 palabras código para codificar la señal, se pueden representar hasta 6 bits por palabra código (26). Después ésta se modula con la tecnología QPSK utilizada en las radiocomunicaciones DSSS inalámbricas de 2 Mbps. Esto permite 2 bits de información adicionales que se codifican en cada símbolo. Se envían ocho chips por cada 6 bits, pero cada símbolo codifica 8 bits debido a la modulación QPSK. Es más difícil demodular las 64 palabras código procedentes de las ondas debido a la complejidad de la codificación. El diseño del receptor radio también es significativamente más difícil.

200

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Tabla 8.1.

Ejemplos de modulación para 802.11

Velocidad

Técnica de modulación e mpleada

1 Mbps

Modulación por des plazami ento de fase de dos estados. (BPSK, Binary phase shift Keying): BPSK utiliza un desplazamiento de fase para cada bit.

2 Mbps

Modulación cuaternaria por desplazamiento de fase. (QPSK. Ouadrature Phase Shift Keying): BPSK utiliza cuatro fases (0, 90, 180 y 270 grados) para codificar 2 bits de información. La potencia debe aumentar o la distancia disminuir para mantener la calidad de la señal.

ARQUITECTURAS IEEE 802.11 F.n el estándar IEEE para las LAN inalámbricas (IEEE 802.11) , una red puede configurarse de dos modos diferentes: modo «ad hoc» (o modo s i n infraestructura) y modo infraestructura. En la red modo «ad hoc», los ordenadores improvisan una red sobre la marcha. La red no tiene ninguna estructura o puntos fijos; generalmente, cada nodo es capaz de comunicarse con cualquier otro. Un buen ejemplo de esta red es la que se monta en la típica reunión donde los empleados traen los ordenadores portátiles para comunicarse y compartir la información financiera o de diseño. Aunque parece que en este tipo de red el orden sería difícil de mantener, hay algoritmos como el algoritmo de la elección del portavoz/orador (SEA, Spokesmam Election Algorithm) que se ha diseñado para seleccionar una máquina como estación base (maestro) de la red y el resto como esclavos. Otro algoritmo de las arquitecturas de red modo «ad hoc» u t i l i z a un método de «difusión e inundación» al resto de los nodos para establecer quién es quién. El segundo tipo de estructura de red utilizada en las LAN inalámbricas es la red modo infraestructura. Esta arquitectura utiliza puntos de acceso de red fijos con los que pueden comunicarse los nodos móviles. Estos puntos de acceso a la red a veces se conectan con las lincas terrestres para aumentar la capacidad de la LAN mediante el estalecimicnto de puentes entre nodos inalámbricos y cableados. Si las áreas de servicio se solapan, pueden producirse traspasos. Esta estructura es muy similar a la arquitectura de las redes celulares actuales de todo el mundo.

Capas del estándar IEEE 802.11 El estándar IEEE 802.11 fija las especificaciones de los parámetros de las capas física (PHY. physical) y de control de acceso al medio (MAC, Médium Control Access) de la red. La capa PHY, que es la que realmente maneja la transmisión de los datos entre los nodos, puede utilizar la modulación de espectro ensanchado por secuencia directa, por saltos de frecuencia o la modulación por posición del pulso IR. IEEE 802.11 atiende a las necesidades de tasas de datos a I Mbps o 2 Mbps y de llamadas para el funcionamiento en las bandas de frecuencias de 2,4 GHz a 2,4835 GHz ( en el caso de la transmisión de espectro ensanchado), la cual es una banda que no requiere licencia, destinada para aplicaciones industriales, científicas y médicas (ISM. Industrial, Scientific and Medical), y en la banda de 300 GHz a 428 GHz para la transmisión IR. La transmisión por infrarrojos generalmente se considera más segura frente a las escuchas porque las transmisiones IR requieren enlaces de visibilidad directa absoluta (ninguna transmisión es posible fuera de cualquier espacio conectado o alrededor de las esquinas), en oposición con las transmisiones de radiofrecuencias, que pueden atravesar paredes y ser interceptadas por terceros incluso sin intencionalidad. Sin embargo, ios puntos solares pueden afectar de forma

Redes de área local inalámbricas (WLAN)

201

adversa a las transmisiones IR y el protocolo de espectro ensanchado 802.11 proporciona cierta seguridad rudimentaria para las transferencias de datos tipicas. La capa MAC es un conjunto de protocolos responsable de mantener el orden en el uso del medio compartido. El estándar 802.11 específica un protocolo de acceso múltiple con detección de portadora para evitar colisiones (CSMA/CA, Carrier Sense Múltiple Access with Colusión Avoidance). En este protocolo, cuando un nodo recibe un paquete a transmitir, primero escucha para asegurarse que ningún otro nodo está transmitiendo. Si el canal está despejado, entonces transmite el paquete. Si no, elige un factor aleatorio de retraso (random back-off factor), que determina la cantidad de tiempo que el nodo debe esperar hasta que se le permita transmitir su paquete. El nodo transmisor decrementa su contador de retraso durante los períodos en los que el canal está despejado o libre (cuando el canal está ocupado, no decrementa su contador de retraso). Cuando el contador de retraso alcanza el valor cero, el nodo transmite el paquete. Puesto que la probabilidad de que dos nodos elijan el mismo factor de retraso es pequeña, las colisiones entre los paquetes se minimizan. La detección de colisión, como en Ethernet, no puede utilizarse para las transmisiones de radiofrecuencia IEEE 802.11. La razón es que cuando un nodo está transmitiendo, no puede escuchar a ningún otro nodo del sistema porque su propia señal se ahoga con las otras que le llegan.

Señales físicas La capa física inalámbrica se divide en dos partes: la subcapa del Protocolo de convergencia de la capa física (PLCP, Physical Layer Convergence Protocol) y la subcapa Dependiente del medio físico (PMD, Physical Médium Dependent). ■ La subcapa PMD se ocupa de la codificación inalámbrica. ■ La subcapa PLCP presenta una interfaz común para los controladores (drivers) de alto nivel, y proporciona detección de portadora y Estimación de desocupación del canal (CCA, Clear Channel Assessment), que es la señal que la capa MAC necesita para determinar si el medio está actualmente en uso. La Figura 8.10 muestra la subcapa PLCP.

Importancia de la temporización La parte más básica de la capa MAC es la capacidad para detectar un tiempo de silencio en la red y entonces elegir transmitir. Una vez que el ordenador principal ha determinado que el

202

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

medio ha estado inactivo durante un período de tiempo mínimo, conocido como Espacio entre iranias de la función de coordinación distribuida (DIFS, DCF [Distribitted Coordination Function] Inter-Frame Spacing), puede transmitir un paquete. Si el medio está ocupado, el nodo debe esperar un tiempo igual al DIFS más un número aleatorio de intervalos de tiempo. El tiempo entre el final del período DIFS y el comienzo de la siguiente trama se conoce como ventana de contención. La Figura 8.11 es una representación de esta ventana de tiempo. Cada estación escucha a la red y la primera que finaliza su número de intervalos de tiempos asignado comienza a transmitir. Si cualquier otra estación escucha la transmisión de la primera, deja de decrementar su temporizador de retraso. Cuando la red queda libre otra vez, reanuda la cuenta descendente. Además del algoritmo básico del factor de retraso, 802.1 1 añade un temporizador que asegura la imparcialidad. Cada nodo arranca un temporizador de retraso aleatorio cuando espera la ventana de contención. Este temporizador se decrementa a cero mientras que espera en la ventana de contención. Cada nodo obtiene un nuevo temporizador aleatorio cuando desea transmitir. Este temporizador no se reinicia hasta que el nodo ha transmitido.

¿Está despejado para enviar? En el problema del nodo oculto que se muestra en la Figura 8.12. las estaciones de trabajo A. B y C están en la misma red. Las estaciones A y B pueden verse la una a la otra, y B y C pueden verse entre sí. pero A no puede ver a C. Esto sucede a menudo en los entornos inalámbricos del mundo real, donde las paredes y otras estructuras crean zonas de cobertura radio oscuras (zonas de sombra) o cuando se utiliza una estrategia de transporte de red móvil. Para manejar esta situación, se especifica una petición de enviar/despejar para enviar (RTS/CTS, Request To Send/Clear To Send) como característica opcional del estándar IEEE 802.1 Ib según se muestra en la Figura 8.13. RTS/CTS soluciona el problema del nodo oculto de la forma que se describe a continuación. Cuando el nodo A desea transmitir ciertos datos al nodo B, primero envía un paquete RTS. El paquete RTS incluye al receptor de la transmisión de datos subsiguiente y la duración de la transmisión completa, así como el carácter de acuse de recibo (ACK, Acknowledgement) relacionado con él. El nodo B escucha esta petición. El nodo A debe utilizar el método de transmisión estándar para obtener acceso para enviar el paquete RTS. Una vez que el ordenador principal receptor recibe el paquete, éste contesta con un mensaje CTS que incluye la misma duración de la sesión sobre la que se sucede.

Figura 8.11.

La ventana de tiempo.

Redes de área local inalámbricas (WLAN)

(a)

Figura 8.12.

203

(b)

El problema del nodo oculto.

Cuando el nodo B contesta con este mensaje CTS, el nodo C escucha esta respuesta, queda informado de la colisión potencial y mantendrá sus datos durante la cantidad de tiempo apropiada para prevenir una colisión. Si cada nodo de la red está utilizando RTS/CTS, se garantiza que ocurran colisiones sólo mientras que está en la ventana de contención. RTS/CTS añade información suplementaria significativa al protocolo inalámbrico 802.11, especialmente en los paquetes de tamaño pequeño. Si se utiliza, los umbrales de RTS/CTS se deben fijar en el punto de acceso y en el lado del cliente.

Figura 8.13.

La solución RTS/CTS.

214

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Itinerancia En un entorno típico, dos o más puntos de acceso proporcionarán señales a un único cliente. El cliente es responsable de elegir el punto de acceso más apropiado basándose en la potencia de la señal, la utilización de la red y otros factores. Cuando una estación determina que la señal existente es pobre, comienza a explorar otro punto de acceso. Esto puede hacerse mediante la escucha pasiva o probando activamente cada canal y esperando una respuesta. Una vez que se ha recibido la información, la estación selecciona la señal más apropiada y envía una petición de asociación al nuevo punto de acceso. Si el nuevo punto de acceso envía una respuesta de asociación, el cliente ha transitado con éxito a un nuevo punto de acceso.

Capa MAC y carga útil de los datos Además de evitar la colisión, de temporizar y de la itinerancia, la capa MAC también es responsable de identificar la dirección de origen y destino del paquete que se envía, así como de la carga útil (pavload) de los datos y de la Prueba de redundancia cíclica (CRC, Cyclic Redundaucv Check) de los datos. Toda la carga útil del paquete, incluido la cabecera MAC, se transmite a la velocidad especificada en la subeapa PLCP.

RED DOMESTICA La Figura 8.14 muestra un módem de cable que conecta un PC doméstico a Internet con un encaminador- (muter) de 4 puertos y un punto de acceso inalámbrico. En esta Figura, se conec-

Figura 8.14.

Una red inalámbrica doméstica.

Redes de área local inalámbricas (WLAN)

205

ta un PC al encaminador con una conexión lOBaseT y se conecta un segundo dispositivo (ordenador portátil) a través del punto de acceso inalámbrico mediante radiofrecuencia.

802.11b FRENTE A REDES RF DOMESTICAS El sistema inalámbrico denominado 802.1 Ib o Wi-FI está haciéndose muy popular. Funciona hasta 11 Mbps, aproximadamente tan rápido como una LAN convencional lOBaseT y mucho más rápido que un módem cable de 1,5 Mbps (máximo). 802.1 Ib suena muy técnico, pero no lo es. Simplemente corresponde al nombre de una especificación particular que define una red inalámbrica dado por un grupo que le gusta utilizar números para los nombres, la Asociación de Estándares del IEEE. Tienen muchas especificaciones con denominaciones numéricas. 802 es el estándar de las redes de área local y área metropolitana (LAN/WAN). Dentro de ellas, 802.3 es para Ethernet, 802.5 es para Token Ring, etc., y 802.11 es para LAN inalámbrica. 802.1 Ib es la versión que se refiere a la radiocomunicación en 2,4 GHz que utiliza DSSS y CSMA/CA a 11 Mbps. La Alianza de la compatibilidad inalámbrica de Ethernet pretende que el nombre Wi-FI sea aceptado como término común para 802.1 Ib. Por el contrario, HomeRF, o red RF doméstica, proporciona un soporte simultáneo de hasta ocho conexiones de voz de doble calidad, ocho sesiones de transmisión audiovisual y diversas conexiones a Internet y de red a velocidades de banda ancha. HomeRF logra esta funcionalidad gracias a unos buenos índices comparativos como son el bajo coste, el tamaño pequeño, el bajo consumo de potencia, la inmunidad a interferencias, la seguridad y el soporte de alta densidad de la red. HomeRF tiene una tasa pico de datos de 10 Mbps en productos actuales con el suficiente alcance para la mayoría de las aplicaciones residenciales. Las tasas de datos se disminuyen a 5 Mbps o incluso más si es necesario para extender bien el alcance fuera del típico hogar. HomeRF también soporta itinerancia de bajo coste para instalaciones más grandes. HomeRF es la única tecnología con verdadera calidad de voz doble incluso en presencia de interferencias severas y la gama del terminal móvil es comparable a los mejores productos de 2,4 GHz del mercado. Actualmente es la única tecnología con soporte para todas las características del servicio CLASS como la llamada en espera, la identificación de llamada, el desvío a teléfonos individuales, la melodía de llamada distintiva y aviso al 911 sobre una base interoperable debido a su pila de llamada basada en DECT. A diferencia de sus competidores en la banda de 2,4 GHz, el objetivo de HomeRF de alcanzar 20 Mbps o más, y con total compatibilidad con lo anterior, no depende de los cambios que puedan introducir las normas de la FCC. Comparado con HomeRF, Bluetooth no dispone de la capacidad de soporte simultánea de telefonía multilínea, acceso de datos de banda ancha y múltiples sesiones multimedia. Las variantes de 802.1 1 fracasan al proporcionar servicios de voz de calidad doble y al comparar pobremente aspectos críticos como el coste, el tamaño, el consumo de potencia y el soporte de alta densidad de la red. Los serios defectos de 802.11 frente a la inmunidad ante las interferencias y la seguridad constituyen una preocupación. Mientras que las redes de cable existentes no ofrecen nada nuevo, la comunicación inalámbrica aprovecha esa circunstancia para justificar la conveniencia de no tener cables. Una red doméstica inalámbrica utiliza RF en lugar de cables para transmitir la información. Una red sin la restricción de los cables es la solución más conveniente para el hogar. La mayoría de los dueños de una casa no desean sufrir el coste y la inconveniencia de tender cables especiales a través de sus hogares, ni disponen de un personal IT dedicado al soporte técnico de la instalación de la red. El establecimiento de una red doméstica inalámbrica evita tales problemas, puesto que proporciona a los usuarios una red de bajo coste, fácil de utilizar y sencilla de instalar. De todas las redes domésticas disponibles, las redes inalámbricas ofrecen la máxima flexibilidad. Permiten a los usuarios compartir los periféricos y el acceso a Internet mientras que también les proporcionan movilidad. Por ejemplo, una red doméstica inalámbrica podría

206

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

permitir a un usuario de ordenador portátil descargar un fichero de la Red mundial (WWW, World Wide Web) e imprimirlo en una impresora conectada a un PC en el salón de su casa, todo ello realizado cómodamente desde la terraza de su dormitorio. Las redes domésticas inalámbricas más útiles soportan todas las necesidades de la casa para voz, así como para datos. Estas redes permiten a los usuarios hablar, navegar por la Red, utilizar la informática y comunicarse desde cualquier lugar dentro o alrededor del hogar sin estar atado a las clavijas del teléfono o a los enchufes. Se están desarrollando soluciones que permitan diversos entornos de red para trabajar conjuntamente sin complicaciones. Por ejemplo, las redes inalámbricas serán diseñadas para comunicarse sin interrupciones con la línea telefónica o las redes Ethernet. Esto pronto permitirá a las redes domésticas servir como red troncal para interconectar los PC, las aplicaciones de información, los sistemas de seguridad doméstica y los centros de entretenimiento digitales. 802.11 tiene mucho en común con 802.1 Ib, pero legalmente puede aumentarse a tasas de datos mucho más altas (hasta 54 Mbps) a expensas de un rango significativamente reducido de su tasa de datos pico. Al operar en 5 GHz, 802.1 la evita muchas de las interferencias actuales asociadas con 802.1 Ib y mitiga las limitaciones de la densidad de red de 802.1 Ib. 802.1 la será más caro que HomeRF o Bluetooth durante algunos años más y no puede proporcionar servicios de voz de calidad doble. También sufre de las mismas deficiencias de seguridad que 802.11b. Aunque Bluetooth y algunas variantes de 802.11 funcionarán bien en sus respectivas aplicaciones fuera del hogar, esto no es un argumento convincente para que los proveedores de servicio comprometan sus oportunidades de ingresos en la red del hogar. HomeRF es una opción sólida para el establecimiento de una red inalámbrica doméstica de Internet de banda ancha y beneficia al proveedor de servicios y a sus clientes. El mundo se adaptará a la realidad de las diversas interfaces de conectividad inalámbricas útiles para diferentes aplicaciones, igual que se ha adaptado a la multitud de interfaces cableadas existentes por la misma razón.

El punto de acceso inalámbrico Los puntos de acceso inalámbrico constituyen la parte inalámbrica de la LAN. El punto de acceso inalámbrico se conecta a la LAN como cualquier otro dispositivo y después deja que cualquier ordenador se conecte a él para comportarse de forma inalámbrica como si estuviera en la misma LAN. Los puntos de acceso inalámbrico combinado y los encaminadores están disponibles para prolongar el alcance de la LAN y para limitar la cantidad de «cajas» en uso. La Figura 8.15 ilustra un punto de acceso inalámbrico. Las unidades se configuran conectándose a un ordenador mediante el bus USB o un conector serie. Se necesita fijar el nombre ESSID (nombre que recibe la LAN lógica inlámbrica). Los puntos de acceso proporcionan la encriptación mediante el sistema de seguridad de privacidad equivalente (WEP, Wire Equivalent Privacy) en su sistema.

El adaptador inalámbrico Para conectar inalámbricamente el PC u ordenador portátil se necesita un adaptador inalámbrico. Los adaptadores inalámbricos utilizan una tarjeta normal PCMCIA Tipo II que se coloca en la ranura del portátil al igual que una tarjeta LAN. La antena sobresale. Los adaptadores están disponibles para el PC de sobremesa, que permite utilizar las tarjetas de PC para comunicaciones inalámbricas. Se insertan las placas adaptadoras en la ranura PCI y a continuación se conecta en la placa el mismo tipo de tarjeta que se utiliza en un portátil. La Figura 8.16 muestra la tarjeta PCMCIA.

Redes de área local inalámbricas (WLAN)

Figura 8.15.

Un punto de acceso inalámbrico.

Figura 8.16.

La interfaz inalámbrica para un portátil.

207

208

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Realidades de la comunicación inalámbrica La visibilidad directa puede funcionar desde bastante distancia, pero en interiores, con paredes y dispositivos eléctricos, se producen más interferencias y se consiguen patrones de cobertura mucho menos obvios. Otros dispositivos en 2,4 GHz como son los teléfonos sin cables, y los dispositivos Bluetooth pueden provocar huecos temporales en el funcionamiento. Cuando se monta el punto de acceso, cuanto más alto esté mejor. Habitualmente la trayectoria de transmisión encontrará menos obstáculos cuanto más alto se monte el dispositivo.

ALGUNA MOTIVACIÓN La motivación y la ventaja principal de la LAN inalámbrica es el aumento de la movilidad. Al no estar atados a las conexiones de red convencionales, los usuarios pueden desplazarse y acceder a la red desde prácticamente cualquier sitio sin apenas restricciones. Los ejemplos de usos prácticos para el acceso de red inalámbrico sólo están limitados por la imaginación del diseñador de la aplicación. Además del aumento de la movilidad, las LAN inalámbricas ofrecen mayor flexibilidad. Una vez más la imaginación es el parámetro limitador. Uno puede observar sin demasiada dificultad una reunión en la que los empleados utilizan pequeños ordenadores y enlaces inalámbricos para compartir y discutir sobre futuros planes de diseño y productos. Esta red modo «ad hoc» (mostrada en la Figura 8.17) se puede montar y desmontar en poco tiempo según se necesite, alrededor de la mesa de conferencia y/o alrededor del mundo.

IP móvil El Protocolo de Internet móvil (IP, Mobile Internet Protocol) se sugirió como un medio para lograr el establecimiento de una red inalámbrica. Centra su atención en la capa de red, que funciona con la versión IP actual (IPv4). En este protocolo, la dirección IP de la máquina móvil no cambia cuando se desplaza desde la red local a una red extranjera. Para mantener las conexiones entre el nodo móvil y el resto de la red, se implementa una rutina que remite la información.

Figura 8.17. LAN inalámbrica modo «ad hoo

Redes de área local inalámbricas (WLAN)

209

Cuando una persona se desplaza por el mundo, él o ella hace saber a la oficina de correos local qué oficina de correos remota debe remitir su correo. Al llegar a su nueva residencia, la persona se registra en la nueva oficina de correos. Esta misma operación sucede en IP móvil. Cuando el agente móvil se traslada desde su red local a una red extranjera (visitada), el agente móvil informa a un agente de la red local sobre qué agente extranjero deben remitirse sus paquetes. Además, el agente móvil se registra con ese agente extranjero en la red extranjera. De este modo, el agente local remite todos los paquetes previstos para el agente móvil al agente extranjero, que los envía al agente móvil en la red extranjera. Cuando el agente móvil regresa a su red original, informa a ambos agentes (local y extranjero) que se ha restaurado la configuración original. Nadie en las redes exteriores necesita saber que el agente móvil se desplazó. Esta configuración funciona, pero tiene algunas desventajas. Dependiendo de la distancia a la que se desplace el agente móvil, algunos paquetes pueden necesitar ser almacenados y remitidos mientras que el agente móvil no se encuentra en la red local o extranjera. Además, IP móvil funciona sólo para 1PV4 y no saca provecho de las características del nuevo IPv6.

UN ESTÁNDAR INALÁMBRICO MÁS RÁPIDO: 802.11a Por otra parte, el estándar 802.11 a se diseñó para funcionar en una de las últimas bandas nacionales adjudicadas, la banda de 5 GHz de la Infraestructura sin licencias para la información nacional (UNII, Unlicensed National Information Infrastructure). A diferencia de 802.1 Ib, el estándar 802.1 la surge de la tecnología tradicional de espectro ensanchado y en su lugar utiliza un esquema de multiplexación por división de frecuencia que se pretende que sea más amigable para los entornos de oficina. El estándar 802.1 la, que soporta tasas de datos de hasta 54 Mbps, es el Fast Ethernet analógico para 802.1 1b, que soporta tasas de datos de hasta 11 Mbps. Ethernet y Fast Ethernet, 802.11b y 802.11a utilizan un control de acceso al medio (MAC, Médium Access Control) idéntico. Sin embargo, mientras que Fast Ethernet utiliza el mismo esquema de codificación de la capa física que Ethernet (sólo es más rápido), 802.1 la utiliza un esquema de codificación completamente distinto, denominado Multiplexación ortogonal por división en frecuencia (OFDM, Orthogonal Frequency División Multiplexing).

FRECUENCIAS PARA TODO El estándar 802.1 la se diseña para funcionar en el rango de frecuencias de 5 GHz. La FCC adjudicó 300 MFIz del espectro para operar sin licencia en el bloque de 5 GHz. La Tabla 8.2 muestra el espectro adjudicado por la FCC. El ancho de banda total asignado a las aplicaciones de IEEE 802.1 la es casi cuatro veces la banda de 1SM; la banda de ISM sólo ofrece 83 MHz del espectro de la banda de 2,4 GHz, mientras que la banda asignada de UNII ofrece 300 MHz. El espectro de 802.1 Ib está congestionado por la saturación de teléfonos inalámbricos, hornos microondas y otras tecnologías inalámbricas emergentes como Bluetooth. Actualmente, el espectro de 802.11a está relativamente libre de interferencias debido a la escasez de dispositivos que operan en ese espectro. Esta situación puede cambiar en un cierto plazo de tiempo, pero la opinión general es que de momento es mejor que estar en las áreas congestionadas de 2,4 GHz. El estándar 802.1 la gana parte de su funcionamiento de las frecuencias más altas en las que funciona. Sin embargo, el ascenso al espectro de 5 GHz desde 2,4 GHz proporciona

210

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Tabla 8.2.

Espectro adjudicado a 802.11a por la FCC

Ancho de banda asignado

Banda de frecuencias

200 MHz

5,15-5.35 MHz

100 MHz

5.725-5.825 MHz

distancias más cortas. Además, el mecanismo de codificación utilizado para convertir datos en señales radioeléctricas analógicas puede codificar uno o más bits por cada ciclo de señal (hercio). Se aumenta la potencia para compensar las pérdidas de la distancia. La potencia por sí misma no es bastante para mantener las mismas distancias en un entorno de 802.11 b. Se está utilizando una nueva tecnología de codificación de la capa física que surge de la tecnología tradicional de secuencia directa. Esta tecnología se denomina OFDM codificado (COFDM, Codcd OFDM). COFDM se desarrolló específicamente para las comunicaciones inalámbricas de interiores y ofrece un funcionamiento muy superior a aquellas soluciones de espectro ensanchado. COFDM trabaja descomponiendo una portadora de datos de alta velocidad en varias portadoras de baja velocidad, que después se transmiten en paralelo. Cada portadora de alta velocidad tiene una anchura de 20 MHz (Figura 8.18) y está dividida en 52 subcanales, cada uno de 300 KHz aproximadamente (Figura 8.19). COFDM utiliza 48 de estos subcanales para los datos, mientras que los cuatro restantes se utilizan para la corrección de errores. COFDM entrega tasas de datos más altas y proporciona un alto grado de recuperación de la reflexión multitrayecto, gracias a su esquema de codificación y corrección de errores. Uno de los pioneros en el desarrollo de 802.11 a dice que soportará tasas de datos de 6 Mbps, 12 Mbps y 24 Mbps, de acuerdo con el estándar. Además soportará tasas de 36 Mbps, 48 Mbps y 54 Mbps. El estándar de facto para una red 802.1 la parece ser 54 Mbps. Las tasas de datos a 54 Mbps se consiguen con una modulación 64-QAM. Ahora los proveedores están anunciando que ofrecerán un modo propietario adicional que combina dos portadoras para una tasa de datos teórica máxima de 108 Mbps. Estiman de modo conservador que las tasas de datos de 72 Mbps son posibles cuando se utiliza su modo propietario de canal dual.

Figura 8.18.

Los 52 subcanales por portadora.

Redes de área local inalámbricas (WLAN) 5.150

5.180

5.200

5.220

5.240

5.260

5.280

5.300

5.320

5.350

MHz

MHz

MHz

MHz

MHz

MHz

MHz

MHz

MHz

MHz

211

Hay ocho canales desocupados independientes en los 200 MHz inferiores del espectro de 5 GHz

Figura 8.19.

Canales libres independientes.

HIPERLAN/2 En Europa, el estándar HiperLAN/2 conducido por el grupo del instituto Europeo de Normalización de Telecomunicaciones (ETSI, European Telecommunications Standards Institute) denominado Redes de acceso radio de banda ancha (BRAN, Broadband Radio Access Networks) tiene una amplia aceptación como la tecnología candidata a la banda de 5 GHz. HiperLAN/2 y 802.11a comparten algunas similitudes en la capa física. Sin embargo, HiperLAN/2 se parece más al Modo de transferencia asincrona (ATM, Asynchronous Transfer Mode) que a Ethernet. En realidad, el estándar HiperLAN/2 surgió del desarrollo de la tecnología ATM inalámbrica. HiperLAN/2 comparte en el tiempo los canales de 20 MHz del espectro de 5 GHz, mediante el acceso múltiple por división de tiempo (TDM A, Time División Multiple Access) para proporcionar la Calidad de servicio (QoS, Quality of Service) a través de tecnologías como ATM. Por otra parte, 802.11a, comparte en el tiempo el canal de 20 MHz a través de CSMA/CA. Lógicamente, HiperLAN/2 utiliza un MAC diferente de 802.11a. El diseño MAC de HiperLAN/2 ha demostrado ser problemático y polémico, y el estándar HiperLAN/2 no está todavía completo. Sin embargo, 802.11a utiliza el mismo MAC que 802.11b, lo cual sólo deja a los proveedores una tarea pendiente de finalizar: la radiocomunicación conforme al estándar IEEE 802.11a en la banda de 5 GHz. No es una tarea sencilla, pero es más fácil que volver a diseñar la parte radio y el controlador de MAC.

DOMESTICAR LA BESTIA DEL ESTÁNDAR Los fabricantes se preocupan por los estándares contrapuestos 802.1 la e HiperLAN/2. La fabricación y el soporte de los dos productos separados es una pesadilla para el desarrollo y la comercialización de ambos. Los costes del desarrollo se distribuirán entre los usuarios finales, que aminorarán la aceptación de los estándares y de los productos. A los ojos de los proveedores, esta situación no tiene ganadores. El estándar propuesto por un proveedor, denominado Protocolo Unificado 5 (5-UP, 5-Unified Protocol), proporciona ampliaciones a 802.11a y HiperLAN/2, que permiten que ambas tecnologías interoperen a velocidades bajas, medias y altas. El estándar 5-UP también especifica un método para seleccionar los subcanales de una porta-

212

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

dora para la transmisión. Si se adoptase esta parte de 5-UP, podría permitirse el uso de dispositivos tales como teléfonos inalámbricos, productos Bluetooth y otras aplicaciones de banda estrecha para que utilicen una parte del espectro de 5 GHz sin tener un impacto significativo en el funcionamiento de la red. Esto ayudaría a prevenir los problemas de saturación y congestión que se han presentado en el espacio de 2,4 GHz. El juez y el jurado todavía están deliberando este asunto; el I EFE tiene la propuesta bajo examen.

PROBLEMAS DE INTEROPERABILIDAD Puesto que 802.11a y 802.11b funcionan en frecuencias diferentes, no hay posibilidad de que sean interoperables. Asi pues, cualquier proveedor o usuario final que ha invertido grandes cantidades en la tecnología 802.11b se enfrenta al dilema de la tecnología desplazada. La única manera de cambiar la arquitectura es implantando la tecnología desplazada y desechando la tecnología 802.11b para luego implantar las «cajas» de 802.11a. En el futuro se producirá la migración, cuando se requiera más ancho de banda, pero será necesario una amplia reestructuración. Sin embargo, las tecnologías 802.11a y 802.b pueden coexistir, porque no se produce solapamiento de la señal. Vamos a esperar y a observar adonde conduce esto.

¿QUÉ PASA CON LA HIGIENE DENTAL? Cuando se observan los estándares inalámbricos, surge la idea de crear un estándar abierto que abarque todas nuestras necesidades cableadas e inalámbricas. Bluetooth («diente azul»)2 es un ejemplo de estos tipos de estándares que se basan en la idea de las comunicaciones inalámbricas de banda ancha y cableadas.

¿QUÉ ES BLUETOOTH? Bluetooth es un estándar global que: ■ Suprime los cables e instalaciones cableadas entre los dispositivos estacionarios e inalámbricos. ■ Maneja los servicios de comunicaciones de voz y datos. ■ Permite la creación de redes sin infraestructura fija (modo «ad hoc»). ■ Sincroniza todos los dispositivos. La tecnología inalámbrica de Bluetooth consta de hardware, software y la capacidad de interoperar entre los dispositivos. Casi todos los principales participantes de la industria de las telecomunicaciones, la informática y del entretenimiento/hogar han adoptado el estándar. Además, otros sectores de la industria como el automovilismo, el cuidado de la salud, el entretcni-

2 En el si gl o X, el rey vikingo H a r a l d II de Dinamarca, apodado Blatand o «diente azul» (Bluetooth) debido a una enfermedad que le daba esta coloración a su dentadura, rcunificó bajo su dominio nu merosos rei nos que exi st ían en Escandina via y se regí an con reglas disti ntas. De ahí surge la idea de nombrar a esta tecnología con el término Bluetooth), cuyo objetivo es conectar todo tipo de dispositivos y, además, es de origen escandinavo (principales promot ores: Ericsson en Succia y Nokia en Fi nlandia). (N. del T.)

Redes de área local inalámbricas (WLAN)

213

miento y la automatización de la oficina también han aceptado el estándar de Bluetooth. Mientras que la industria ha visto la implantación en el sector de los servicios de información (IS, Information Services), la movilidad en el negocio y en las vidas personales de la gente se ha vuelto vital. Más gente utiliza las comunicaciones móviles a un ritmo de crecimiento más rápido que los servicios de comunicaciones cableadas. Bluetooth es la tecnología inalámbrica que permite facilitar las comunicaciones interpersonales entre la gente a través de un enlace radio barato y de corto alcance.

Origen de Bluetooth La idea que dio lugar a la tecnología inalámbrica de Bluetooth nació en 1994 cuando Ericsson Mobile Communications decidió investigar la viabilidad de una interfaz radio de baja potencia y barata entre los teléfonos móviles y sus accesorios. La intención era utilizar una antena radio pequeña incorporada en el teléfono celular y en un ordenador portátil que sustituyera la necesidad de un cable que conectara ambos dispositivos. En un año, el trabajo de ingeniería comenzó a revelar el verdadero potencial de la tecnología. Sin embargo, además de estos dispositivos sin cable y de eliminar los cables existentes, la tecnología radio ofreció la oportunidad de tender un puente universal a través de las redes de datos existentes, de proporcionar una interfaz para periféricos y de facilitar la formación de grupos privados con fines específicos. En febrero de 1998, se formó el Grupo de interés especial (SIG, Special Interest Group) para desarrollar el estándar y soportar el desarrollo de los productos y servicios. Bluetooth es una especificación para una solución radio, con los factores de bajo coste, tamaño pequeño y potencia baja, que proporciona conectividad inalámbrica sin interrupciones entre ordenadores portátiles, teléfonos celulares y otros dispositivos portátiles de mano. El grupo SIG de Bluetooth está compuesto por líderes de las industrias de las telecomunicaciones, la informática y redes que dirigen el desarrollo de la tecnología para implantarla en el mercado. El grupo SIG de Bluetooth incluye compañías promotoras como 3Com, Ericsson, IBM, Intel, Lucent, Microsoft, Motorola, Nokia, Toshiba y otras 2.000 compañías asociadas. Bluetooth opera en la banda sin licencia 1SM de 2.4 GHz con un radio de acción de 10 metros. Con una potencia de transmisión y una sensibilidad en recepción mejoradas, el alcance puede aumentar hasta 100 metros. Se espera que Bluetooth sea una característica estándar en la próxima generación de teléfonos inteligentes (SmartPhones), PDA y ordenadores. La aplicación más convincente para Bluetooth es el acceso a Internet siempre encendido en hogares, oficinas y lugares públicos a través de un punto de acceso Bluetooth a Internet. Los usuarios accederán a Internet con su portátil, PDA o teléfono inteligente dotados de capacidad Bluetooth. Desde el inicio, los objetivos principales para el SIG han sido incluir en la especificación un entorno de trabajo regulador que garantice la interoperabilidad total entre diferentes dispositivos de diversos fabricantes, mientras que comparten el mismo perfil. La especificación enumera varias pilas de protocolos y perfiles. Diferentes aplicaciones pueden ejecutarse sobre diferentes pilas de protocolos. Además, la especificación identifica una serie de modelos de uso y muestra la pila de protocolos para sopórtalos. Mientras que los modelos de uso describen las aplicaciones diseñadas para dispositivos específicos, los perfiles especifican cómo utilizar la pila de protocolos de Bluetooth para una solución interoperable. Cada perfil resalta cómo reducir las opciones y los parámetros del sistema en el estándar base mientras se fijan los procedimientos y utilización desde varios estándares base. También se define la experiencia de un usuario común. Un ratón o un teclado de teléfono no necesitan comunicarse con un dispositivo auricular; por lo tanto, se construyen para cumplir con diferentes perfiles. Los perfiles son parte de la Especificación de Bluetooth. Todos los dispositivos se prueban frente a uno o más perfiles para tener derecho a la certificación de Bluetooth. La Figura 8.20 muestra la pila completa de protocolos de Bluetooth.

214

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Figura 8.20. Pila de protocolos de Bluetooth.

Conformidad El Programa de Certificación de Bluetooth garantiza la interoperabilidad global entre dispositivos independientemente del proveedor o del país. Las pruebas que deben pasar todos los dispositivos verifican que reúnen todos los requisitos a pesar de la calidad del enlace radio, los protocolos de las capas inferiores, los perfiles y la información. Durante los últimos años, se han presentado al mercado innumerables dispositivos electrónicos para uso doméstico, personal y profesional, pero no hay suficiente tecnología disponible para abordar las necesidades de conexión de los dispositivos personales de las redes de área personal (PAN, Personal Área Network), La demanda de un sistema que conecte fácilmente dispositivos para la transmisión de datos y voz sobre distancias cortas sin cables ha crecido con gran intensidad. La tecnología inalámbrica Bluetooth satisface esta importante necesidad de comunicación con su capacidad para comunicar voz y datos de forma inalámbrica, utilizando una tecnología estándar de baja potencia, barata, que se puede integrar en todos los dispositivos para permitir una movilidad total. El precio cada vez será menor y, por lo tanto, se producirá en masa. Cuantos más dispositivos estén en el entorno, más ventajas habrá para el cliente. Los perfiles definidos en la versión 1 de la Especificación de Bluetooth tratan principalmente los modelos de uso referidos a la industria de las telecomunicaciones y la informática. La Especificación de Bluetooth define un alcance corto (alrededor de 10 m) u opcionalmente uno mediano (alrededor de 100 m) para el enlace radio con capacidad de transmitir voz o datos hasta un máximo de 720 Kbps por canal. Opera en la banda sin licencia industrial, científica y médica (ISM, Industrial, Scientific And Medical) de 2,4 GHz a 2,48 GHz, donde utiliza técnicas de espectro ensanchado, saltos de frecuencia hasta 1.600 saltos/segundo y una señal totalmente dúplex. La señal salta entre 79 frecuencias en intervalos de 1 MHz para proporcionar un alto grado de inmunidad frente a las interferencias.

Voz Se utilizan hasta tres canales de voz síncronos simultáneos o un canal que soporta simultáneamente datos asincronos y voz síncrona. Cada canal de voz soporta un canal síncrono (voz) de 64 Kbps en cada dirección.

Redes de área local inalámbricas (WLAN)

215

Datos El canal de datos asincrono puede soportar una asimetría máxima de 723,2 Kbps (y hasta 57,6 Kbps en la dirección de retorno) o 433,9 Kbps simétrico. ■ Un maestro puede compartir un canal asincrono con hasta siete esclavos activos simultáneamente en una picorred. ■ Mediante el cambio activo y los esclavos estacionados respectivamente en la picorred, se pueden conectar virtualmente 255 esclavos. ■ No hay limitación en el número de esclavos que pueden estacionarse. Las unidades Bluetooth dentro del alcance de otro dispositivo Bluetooth pueden establecer conexiones específicas punto a punto y/o punto a multipunto. Las unidades se pueden añadir o desconectar dinámicamente de la red. Dos o más unidades Bluetooth que comparten un canal forman una picorred. Varias picorredes pueden establecerse y enlazarse en redes de difusión modo «ad hoc» para permitir el intercambio de comunicaciones y de datos de configuraciones flexibles. Si varias picorredes están dentro de un alcance, cada una de ellas funciona de forma independiente y tiene acceso al ancho de banda completo. Un canal de saltos de frecuencia diferente establece cada picorred. Todos los usuarios que participan en la misma picorred se sincronizan con este canal. A diferencia de los dispositivos por infrarrojos, las unidades Bluetooth no están limitadas a la comunicación de visibilidad directa. En la banda de 2,4 GHz hay otras dos tecnologías que utilizan las técnicas de saltos de frecuencia: ■ Las LAN inalámbricas basadas en el estándar IEEE 802.11. La tecnología se utiliza para sustituir una LAN cableada de un edificio. La capacidad de transmisión y el número de usuarios simultáneos son altos. Por otra parte, comparado con la tecnología inalámbrica de Bluetooth, es más costoso, consume más potencia y el hardware requiere más espacio. Por lo tanto, no es conveniente para los dispositivos móviles pequeños. ■ La otra radiocomunicación en 2,4 GHz es HomeRF, que presenta muchas semejanzas con la tecnología inalámbrica de Bluetooth. HomeRF puede operar redes «ad hoc» (sólo para datos) o estar bajo el control de un punto de conexión que coordina el sistema y proporciona una entrada a la red telefónica (datos y voz). La frecuencia del salto es 8 Hz, mientras que un enlace Bluetooth salta a 1.600 Hz. La familia de productos de 802.11 será un fuerte competidor para el segmento de mercado del PC y del ordenador portátil, pero otros creen que Bluetooth probablemente será la tecnología inalámbrica estándar que soporte la siguiente generación de PDA y teléfonos inteligentes debido a su bajo coste, menor consumo de potencia y al compromiso de la industria. La Tabla 8.3 muestra las tecnologías contrapuestas. Las ventas de teléfonos inteligentes y PDA están creciendo a un ritmo cada vez mayor y Bluetooth es la solución basada en estándares inalámbricos para estas plataformas. Se piensa que el número de clientes con dispositivos Bluetooth aumentará debido a las convincentes aplicaciones de la red de área personal. Con esta omnipresencia de Bluetooth y con la tendencia global al Acceso a Internet móvil, las comunicaciones Pico quedarán sólidamente posicionadas para proporcionar el equipamiento y las herramientas de gestión de la infraestructura que permiten el Acceso a Internet móvil. La Radiocomunicación de banda muy ancha (UWB, Ultra-Wideband Radio) es una nueva tecnología radio que aún se encuentra en desarrollo. Se basa en la transmisión de pulsos cortos en una amplia gama de frecuencias. Parece que proporciona gran capacidad y que el consumo de potencia requerido es bajo.

216

Comunicaciones inalámbricas ele banda ancha

Tabla 8.3. Tecnologías contrapuestas con Bluetooth Tecnología

Tasa de datos Mbps

Alcance

Frecuencia metros

Especificación GHz

Estado

802.1 1

2

100

2,4

1 999

Ahora

802.1 1 b

11

100

2,4

1999

Ahora

802.1 l a

54

TBD

5

2000

Pronto

802.15 (Bluetooth)

1

10

2.4

1999

Ahora

802.15 (tasa elevada)

20+

TBD

2,4 o

TBD

N/A

posibl. 5 HomeRF

1,6

50

2,4

1999

Ahora

HomeRF

10

50

2,4

N/A

Aprobación

4

1

Infrarrojo

Ahora

(próx. generación) IrDA

FCC Ahora

100 THz

Las redes LAN inalámbricas son fundamentales para satisfacer las necesidades de itinerancia y movilidad. Cualquiera puede observar cómo las comunidades móviles e inalámbricas demandan velocidades cada vez más rápidas y más fiables. Es necesario lograr un caudal de tráfico fiable y veloz para conseguir la aceptación. Una vez que se alcance cierto nivel de aceptación, en el futuro aparecerá la convergencia de la LAN y la WAN, especialmente la integración de Internet. El juez y el jurado todavía se encuentran entre bastidores esperando ver las velocidades de 54 Mbps en una LAN inalámbrica, para ver a continuación en los próximos dos o tres años el acceso inalámbrico fijo hacia Internet.

Capítulo 9 INNOVACIONES INALÁMBRICAS EN BANDA ANCHA

INNOVACIONES INALÁMBRICAS La mayoría de los temas que se han tratado hasta ahora se referían a las tecnologías empleadas en el manejo de las comunicaciones inalámbricas. Las arquitecturas de las redes LAN condujeron a otros temas, como, por ejemplo, los protocolos utilizados para soportar las necesidades de comunicaciones de alta velocidad y de banda ancha del futuro. Una tendencia natural es introducirse en la discusión sobre los componentes hardware que se emplean para introducir productos y servicios. Sin embargo, están produciéndose otras muchas innovaciones en torno al hardware. Entre éstas se encuentran los protocolos de comunicación que manejan la preparación y entrega de los datos. Observe que el tema depende de la entrega de los datos. El término «datos» es una denominación genérica porque lo que se utiliza son comunicaciones digitales que convierten la voz y los datos en cadenas de Os y ls para la transmisión. ¡Esto significa que la voz es dato y los datos también lo son! Sin embargo, también se debe mirar la otra cara de esta moneda. La voz es una señal continua (no granular): si se introducen comunicaciones de banda ancha, la voz no consigue una calidad mejor, puesto que lo máximo que se necesita es un flujo de voz codificada a 64 Kbps mediante la modulación por impulsos codificados (PCM, Pulse Coded Modulation). De hecho, 64 Kbps es exagerado para manejar una sola llamada de voz. Por eso se prestará más atención a las comunicaciones de banda ancha para enviar grandes cantidades de datos, contenidos multimedia y capacidades de vídeo que para enviar voz. Habiendo dicho esto, el siguiente paso consiste en fijarse en las innovaciones de los protocolos de datos para soportar la demanda de comunicaciones de alta velocidad del futuro.

EL MERCADO EN GENERAL Si merodea por cualquier aeropuerto, edificio de oficinas o centro comercial pasará al lado de docenas de personas de negocios con teléfonos celulares pegados a sus orejas. Fíjese en cualquier área de acceso o sala del aeropuerto y no pierda de vista a los «trabajadores móviles» (road warriors) con sus ordenadores portátiles abiertos y apoyados sobre sus carteras o sus rodillas. Muchos de ellos tienen una transferencia de datos en curso a través de algún tipo de conexión inalámbrica. Unos utilizarán el módem interno del portátil; otros utilizarán un teléfono celular externo conectado a la tarjeta módem del portátil. La mayoría tendrá un Asistente personal digital (PDA, Personal Digital Assistant) (similar a los ordenadores de bolsillo) conectado de alguna manera a la red inalámbrica. A la larga, los teléfonos celulares WAP serán los que accedan al correo electrónico o naveguen por un sitio Web especial. Tras el despegue del avión, comienza a escucharse el familiar tintineo de Windows™ conforme estos ejecutivos reanudan su sesión informática en el vuelo (se excluye a la gente que utiliza juegos). Cada vez más, vivimos en un mundo que exige un entorno ininterrumpido de comunicaciones e informática. Los ordenadores portátiles comunes y los de tamaño mínimo son la norma de 219

220

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

la América corporativa. Durante un tiempo se consideraron como símbolo de una minoría de aficionados. F.n cambio, ahora el módem inalámbrico y el acceso al correo electrónico durante un vuelo son servicios que todos anhelan. No es de extrañar que los empresarios de todo el mundo estén dando la bienvenida a la convergencia de las comunicaciones celulares y las tecnologías informáticas con la creación de redes inalámbricas. En un avión se observa frecuentemente a gente que conecta sus PC (establecen una red) con el puerto de infrarrojos (IrDa) de su ordenador portátil para sincronizar ficheros o calendarios. Esta imagen es tan común que en la actualidad se está convirtiendo en algo invisible. No obstante, el uso de la aplicación Lap LinkTM para sincronizar ficheros entre dos compañeros de trabajo es una de las mínimas prestaciones exigiblcs de la red de datos inalámbricos. La conexión de ficheros y aplicaciones similares sobre una distancia geográfica mucho mas amplia requiere más protocolos y una interacción más compleja.

DE LA MALETA AL BOLSILLO Los ordenadores portátiles aparecieron primero como lo que se denominó ordenador de sobreregazo (laptop). El único problema era determinar sobre el regazo de quién se colocaba cómodamente a ese mamotreto. Estos dispositivos eran tan grandes y pesados que a la hora de trasladarlos ocupaban toda una maleta. En la actualidad, el volumen de estos equipos se ha reducido de manera considerable hasta el tamaño de un cuaderno (Notebook) o incluso menos (Subnotehook). los cuales pesan entre 0,5 Kg y 1 Kg. Los ordenadores portátiles pequeños e incluso los ordenadores de bolsillo o de mano (Palmtops) son la envidia de mucha gente. El éxito de estos últimos (de fabricantes como 3Com, Vigor, HP, Compaq y otros) ha creado la imagen del dispositivo portátil de mano. Estos aparatos llegan a contagiar la novedad de comunicarse repetidamente con la oficina. No es que durante un viaje desee conectarse de nuevo a la oficina, es que debe hacerlo. La velocidad decepciona, excepto cuando se refiere a la capacidad de los ordenadores portátiles de pequeño tamaño y de bolsillo. La velocidad, la capacidad de almacenamiento y la memoria del procesador han aumentado de tal manera que el mercado está sumido en un constante frenesí. A finales de los años noventa, las comunicaciones móviles se hicieron necesarias porque muchos de los proveedores suministraban tecnología de Datos por patinetes celulares digitales (CDPD, Cellular Digital Packet Data), tarjetas de LAN inalámbricas o módems inalámbricos junto con los ordenadores portátiles de pequeño tamaño y los dispositivos de mano. Los dispositivos para equipar un ordenador portátil de pequeño tamaño costaban entre 300 y 500 dólares, en la actualidad han descendido a menos de 100. Poco a poco, el mercado se va inundando de las ofertas de los suministradores más importantes, así como de las de muchas compañías de nueva creación. La disponibilidad se ha convertido en el conductor de la demanda. Con tantas opciones, es normal que todo el mundo desee alguna. Sin embargo, el aumento del número de trabajadores móviles que utilizan estos dispositivos portátiles de mano está incrementando la carga de la infraestructura y de los protocolos que soportan la transmisión inalámbrica. En la otra cara de la moneda se encuentran los teléfonos celulares, que cada vez son mas pequeños, más ligeros, más baratos y más inteligentes. Los terminales WAP ahora utilizan las redes de datos inalámbricos para soportar aplicaciones como el correo electrónico de Internet, el correo electrónico corporativo, la charla en tiempo real (chat) y los navegadores para texto. Las combinaciones de teléfonos celulares del Sistema global para comunicaciones móviles (GSM, Global System for Mobile Communications) y organizadores personales pueden enviar correo electrónico y acceder a páginas Web en formato de Lenguaje de marcas de texto eticpietado (TTML. Tagged Text Markup Language). Los teléfonos celulares inalámbricos de AT&T y

Innovaciones inalámbricas en banda ancha

221

su PocketNet son teléfonos CDPD IP. El teléfono va equipado con una pantalla LCD pequeña que puede utilizarse para acceder a servicios de correo electrónico y a páginas Web en formato de Lenguaje de marcas para dispositivos de mano (HDML, Handhelds Device Markup Language). Este servicio es lento (entre 9,6 Kbps y 19,2 Kbps) pero relativamente barato (el acceso es gratis en el país). El dispositivo Accompli de Motorola que se muestra en la Figura 9.1 integra correo electrónico, servicio de mensajes cortos (SMS, Short Message Service) y otras funciones de un comunicador bidireccional de velocidad lenta, pero pronto será compatible con los Sistemas generales de radiocomunicación por paquetes (GPRS, General Packet Radio System) y soportará desde 28,8 Kbps hasta 170 Kbps. Todavía no es un servicio de banda ancha, pero prepara la arquitectura para el siguiente paso en velocidad. El sistema de Tasa de datos mejorada para la evolución de GSM (EDGE, Enhanced Data Rates for GSM Evolution) soportará 384 Kbps. Sin embargo, muchos operadores eligen saltarse este paso e ir directos al Sistema universal de telecomunicaciones móviles (UMTS, Universal Mobile Telephone System) y a velocidades de 2 Mbps. Todos estos dispositivos proporcionan un hardware y un sistema operativo base sobre los que se construyen las redes y aplicaciones de datos inalámbricas. Este batallón de productos portátiles de mano continúa disminuyendo su tamaño, mientras que las memorias y velocidades del módem aumentan su capacidad. Las mejoras hacen que estos dispositivos resulten más atractivos y asequibles para las masas. La convergencia de los servicios de voz, datos, fax, multimedia y radiobúsqueda es esencial para continuar progresando en la velocidad y oferta de servicios. Los días en que había que llevar encima diversos dispositivos para cada servicio forman parte del pasado. El trabajo también continúa en la variante del estándar H.324 para

F UENTE: Motorola.

Figura 9.1.

Accompli de Motorola.

222

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

sistemas de videoconferencia que soportan videoteléfonos inalámbricos (apodados como teléfonos Dick Tracy). Metricom es un proveedor emergente inalámbrico que intenta proporcionar en el ámbito nacional una alternativa más rápida y barata de los servicios de la red inalámbrica. Metricom utiliza una combinación de postes de radiocomunicación y puntos de acceso cableados, que se sitúan de forma estratégica por una zona relativamente pequeña como es un campus universitario o un centro urbano de negocios. La tecnología de Metricom es propietaria y requiere el uso del módem Ricochet de Metricom. Para obtener acceso a Internet a través de la red de Metricom se utiliza una pasarela (gateway). Las recientes mejoras soportan hasta 128 Kbps para la transmisión de datos por paquetes. Un módem inalámbrico es ligeramente más caro que un módem PCMCIA. Sin embargo, el coste verdadero para la mayoría de los abonados estará determinado por el uso. Puede ser difícil justificar el coste de la transmisión de datos inalámbricos cuando su uso es especialmente sensible al descenso de las condiciones económicas. Un plan de tarifa plana puede resultar efectivo para los proveedores. Los servicios de la red de datos inalámbricos son propietarios y no proporcionan suficiente interoperabilidad. Las excepciones a este dilema son CDPD y los Datos móviles RAM (RAM Mobile Data), ambos basados en protocolos de red estándares. Una infraestructura inalámbrica propietaria puede ser más barata o más rápida. Si se compra un módem CDPD, se puede cambiar el proveedor de servicios. Sin embargo, no se puede decir lo mismo al comprar un módem Ricochet. Ricochet proporciona velocidad, seguridad, fíabilidad y ubicuidad. Era una de las primeras soluciones móviles que duplicaba la velocidad del acceso cableado de alta velocidad y que permitía a la gente trabajar fuera de los límites de su oficina. Proporciona un acceso móvil de datos que es eficiente, fiable y compatible con el hardware, con el software y con los protocolos existentes de la industria. Metricom desarrolló el módem Ricochet para manejar el acceso móvil. Su tecnología, radiofrecuencias y red IP son una influencia patente; Ricochet ofrece acceso móvil de datos de alta velocidad e interoperabilidad con las actuales tecnologías de red. Esto significa que los profesionales que utilizan ordenadores portátiles de pequeño tamaño pueden acceder en línea a la información exactamente como si estuvieran en su ordenador de sobremesa. Estos pueden visualizar y descargar contenidos completos de la Web, enviar y recibir correo electrónico con elementos adjuntos y conectarse a intranets corporativas a través de Redes privadas virtuales (VPN, Virtual Prívate Network) sin necesidad de permanecer en su oficina. Ofrece un acceso móvil, fiable y sin cables. Por primera vez la movilidad goza de plena libertad.

ARQUITECTURA DE LA RED RICOCHET La red es una combinación de varios elementos individuales. Entre estos se encuentran los dispositivos del abonado, los dispositivos de radiocomunicación de la microcélula, los puntos de acceso cableados, las instalaciones de interconexión de red, las pasarelas, el servidor de nombres y un centro de operaciones de red. La Figura 9.2 muestra estos componentes.

Los componentes A continuación se describen los elementos de la red Ricochet de modo que pueda apreciarse las diferencias entre utilizar una arquitectura de red propietaria y utilizar un estándar abierto como CDPD. Estos componentes funcionan en la red Ricochet pero son incompatibles con otras redes.

224

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

 Módems inalámbricos Ricochet. Los módems Ricochct son compactos, portátiles, resistentes y fáciles de instalar. Todos funcionan con una amplia gama de PC, Macintosh y dispositivos portátiles de mano. Utilizan las interfaces del bus USB, del puerto serie y de las tarjetas PCMCIA. Adquisición/autorización: la adquisición es un primer paso necesario para todo elemento de radiocomunicación de la red. Cuando se enciende un dispositivo de radiocomunicación, éste localiza otros dispositivos y módems Ricochet vecinos a través del envío de paquetes de sincronización. Una vez que éste recibe los mensajes de reconocimiento de los dispositivos radio vecinos y la autorización del servidor de nombres, se convierte en un miembro funcional de la red.  Dispositivos de radiocomunicación de la microcclula. Estos transceptores del tamaño de una caja de zapatos encaminan la transmisión de forma inteligente y son autosuficientes; habitualmente se montan cinco por mi l l a cuadrada1 en una red de malla, sobre postes o farolas de la calle. Los dispositivos de radiocomunicación microcelulares se comunican con los ordenadores portátiles o con los dispositivos portátiles de mano de los usuarios a través de los módems inalámbricos Ricochet. Las microcélulas se configuran para encaminar los paquetes entrantes al punto óptimo del acceso cableado. Comprobación de errores y acuse de recibo: cada paquete enviado contiene un resumen comprimido de los datos que se puede utilizar para confirmar la rigurosidad de los datos recibidos. Para asegurar la Habilidad de la transmisión, la antena receptora verifica que los datos recibidos son correctos y entonces envía de vuelta al origen un breve paquete de datos como acuse de recibo (ACK, Acknowledgement) para confirmar que el paquete inicial se envió correctamente.  Puntos de acceso cableado (WAP, Wired Access Point). Estratégicamente colocados en un área de 10 a 20 millas cuadradas, cada WAP recoge y convierte los paquetes de radiofrecuencias al formato apropiado para la transmisión en una red IP cableada de área local. Una parte integrante de WAP es el dispositivo de radiocomunicación para Ethernet que opera como el de una microcélula pero incluye capacidades hardware y software para Ethernet. Los dispositivos de radiocomunicación para Ethernet convierten los paquetes de datos de la radiocomunicación al formato apropiado para la transmisión en una red IP cableada. Un WAP también contiene el equipamiento estándar para una red IP. Los WAP adaptan los paquetes de datos de la radiocomunicación a protocolos que se pueden utilizar en la red cableada del país. Este cambio se aprovecha de las velocidades más altas inherentes a las tecnologías del cable, tales como la fibra óptica y las conexiones TI que son parte de la red cableada de alta velocidad.  Utilidad de interfaz de red (N1F, Network interface Facility). Todos los WAP de una región se conectan a una interfaz NIF regional. Las instalaciones NIF albergan pasarelas que conectan la red cableada de Ricochet al Centro de operaciones de red (NOC, Network Operations Cenler) y a otras redes de los socios principales de Metricom.  Pasarela Ricochet. Una pasarela Ricochet consta de hardware y software diseñado para conectar la red Ricochet con otras redes. Su función es suprimir el protocolo de Ricochet y encaminar los paquetes IP del usuario final al destino indicado.  Centro de operaciones de red (NOC). Dos NOC soportan todo el sistema Ricochet. Operan simultáneamente, ambos se reparten la caiga del país. Si uno de los NOC necesita una mejora o experimenta una interrupción, el otro NOC asumirá todo el control del tráfico. En EE.UU. los NOC se ubican en Dallas y Houston. 1

1 mi l l a cuadrada = 2.590 km2. (N. del T.)

Innovaciones inalámbricas en banda ancha

225

Una red cableada enlaza los Centros de Operaciones con todas las interfaees NIF y a través de ellas los WAP, los elementos radio y los dispositivos del abonado de la red inalámbrica. Todo elemento de radiocomunicación de una microcélula, dispositivo de radiocomunicación para Ethernet, encaminador IP y circuito de comunicación se monitorizan y se mantienen desde el NOC con el Sistema de gestión de red (NMS, Network Management System) de Metricom.  Servidor de nombres. El Servidor de nombres Ricochet mantiene el control de acceso y la información de encaminamiento para todo dispositivo radio y servicio de la red Ricochet. Cada vez que se enciende un dispositivo Ricochet (un dispositivo del abonado, un elemento de radiocomunicación de la microcélula o una pasarela), éste se registra en el Servidor de nombres para verificar que tiene autorización de la red. Siempre que un dispositivo Ricochet solicite una conexión, el Servidor de nombres valida la petición. Si está autorizado, se proporciona al autor una trayectoria de encaminamiento de red hacia el destino solicitado. Esta característica añade otro nivel de seguridad para todos los individuos y organizaciones que utilizan la red Ricochet.

ESPECTRO DE RADIOFRECUENCIAS Para reducir la latencia y aumentar el rendimiento, Ricochet incorpora varias bandas de radiofrecuencias (RF) para la transmisión totalmente dúplex entre los accesos WAP, los postes radio (dispositivos inteligentes de radiocomunicación de una microcélula) y los módems de alta velocidad del usuario final. Se utilizan dos segmentos del espectro regulado sin licencia de la banda Industrial, Científica y Médica (ISM, Industrial Scientific Medical): la banda de 900 MHz y la banda de 2,4 GHz, además del espectro autorizado en 2,3 GHz para los Sistemas para comunicaciones inalámbricas (WCS, Wireless Communications Systems).

Tecnología de espectro ensanchado, saltos de frecuencia Cada dispositivo de radiocomunicación de una microcélula utiliza muchos canales de saltos de frecuencia en las bandas de 900 MHz y 2,4 GHz y una secuencia de saltos seleccionada aleatoriamente, que permite que diversos abonados utilicen a la vez la red. Esta técnica hace un uso más eficiente de la banda de frecuencias determinada, puesto que permite que se produzcan simultáneamente muchas más transmisiones radio sin que se interfieran unas con otras. También es extremadamente robusta y detendrá fácilmente la interferencia potencial.

Transporte de red por conmutación de paquetes Para que la transferencia de datos sobre ondas radioeléctricas sea eficiente, la red Ricochet transmite datos mediante la segmentación y el encaminamiento de la información en unidades de datos discretas denominadas paquetes. Cada paquete tiene su propia información de control para encaminarse, ponerse en secuencia y verificar errores. Los paquetes se envían de una antena a otra n través de la red inalámbrica. Esto significa que entre los dispositivos radio pueden producirse diversas coniunieaeiones simultáneas. Con la conmutación de paquetes, varios usuarios pueden compartir un mismo canal de comunicación, pero cada uno utiliza el canal sólo durante el tiempo requerido para transmitir un único paquete --habitualmente no más de 20 milisegunJos—. Junto con la técnica de los saltos de frecuencia, ¡a conmutación de paquetes proporciona a la red Ricochet una capacidad de red tremenda.

226

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

La estructura básica de la red Ricochet se compone de los elementos de radiocomunicación de una microcélula situados estratégicamente cada cuarto de media milla de acuerdo con un patrón similar a un tablero de damas. Esta arquitectura de malla, según se observa en la Figura c ).3, encamina el tráfico de datos entre los módems y los WAP. Un diseño de alta densidad como éste asegura una transmisión de datos segura y eficiente, y mejora la penetración de las señales radio en interiores. También ofrece la capacidad de fiabilidad y traspaso necesarias para eliminar las conexiones caídas incluso al moverse. Esta arquitectura de malla proporciona ventajas sobre la topología de red más típica, conocida como topología de estrella, en la cual es necesario que todas las comunicaciones pasen a través de una o más estaciones base o por concentradores (hubs). En este sistema, la congestión y las comunicaciones dañadas debido a la pérdida de potencia de la señal generalmente se

FUENTE: Metricom.

Figura 9.3. Arquitectura en malla.

Innovaciones inalámbricas en banda ancha

227

abordan instalando otro concentrador, proceso que habitualmente es costoso y consume tiempo. Con la red Ricochet, se puede reducir la congestión del sistema y aumentar la cobertura y capacidad de la red mediante la instalación de uno o más postes de radiocomunicación relativamente baratos o de puntos de acceso cableado.

SOFTWARE INTERMEDIO, PROTOCOLOS PERSONALIZADOS Y PROXIES Los primeros intentos de comunicaciones inalámbricas utilizaban directamente el Protocolo de control de transmisión/Protocolo de Internet (TCP/IP) sobre los servicios de datos inalámbricos para ofrecer aplicaciones habituales como el correo electrónico. Las velocidades lentas y los largos retardos asociados con la transferencia de datos inalámbricos impiden que esta solución funcione eficazmente. Sin embargo, este planteamiento todavía puede ser viable para servicios de datos inalámbricos más rápidos y fiables. En consecuencia, emergieron varias alternativas. Algunas de las cuales son las siguientes: ■ Protocolos personalizados de transporte de datos, sintonizados para el funcionamiento sobre un enlace o una red de datos inalámbricos. ■ Implementaciones a medida del Protocolo de control de transmisión (TCP, Transmission Control Protocol) para mejorar el funcionamiento sobre IP inalámbrico. ■ «Software intermedio» (middleware) que aisla las aplicaciones de las características de la red inalámbrica. Durante varios años, se ha evaluado la alternativa personalizada sin mucho éxito. IP móvil sólo trata parte del problema —permitir la movilidad de las direcciones IP—. Las innumerables opciones y ofertas de Internet que intentan definir transportes personalizados no han producido ningún estándar. La enorme base integrada que representa TCP aplasta la comerciabilidad de los protocolos de transporte desarrollados específicamente para la comunicación inalámbrica. Las compañías han implementado con algo de éxito la segunda opción (sintonización a medida de TCP). Los usuarios finales no pueden sintonizar las implementaciones estándares comercialmente disponibles de TCP para abordar completamente los problemas circundantes de la transmisión inalámbrica. Los servicios personalizados TCP requieren para este funcionamiento la sintonización en ambos extremos. Esto implica una cierta diligencia en la parte de los usuarios. La tercera opción, el software intermedio de la red inalámbrica, trata esta preocupación a través de un conjunto (más pequeño) de dispositivos obligatorios para la adaptación inalámbrica, conocidos como proxies. Los clientes inalámbricos interactúan con los proxies utilizando un protocolo de software intermedio, que proporciona fiabilidad, entrega eficiente del Protocolo de datagramas de usuario / Protocolo de Internet (UDP/IP) comercialmente disponible. El Protocolo del transporte del dispositivo portátil (HDTP, Handheld Device Transport Protocol) utilizado por PocketNet de AT&T es un ejemplo de este planteamiento. Existen otros, pero uno debe saber qué proxy del protocolo están utilizando los dispositivos. No hay ninguna solución disponible para resolver este problema. El protocolo que más se utiliza en la actualidad es IP. Todos se fijan en el uso de las redes de comunicación de banda ancha para permitir aplicaciones a través de Internet y, más en concreto, las que utilizan IP. Generalmente se escucha hablar de los datos que se transmiten en la forma de TCP e IP; otros protocolos en tiempo real utilizan UDP e IP. Así pues, veremos a TCP sobre las aplicaciones convencionales inalámbricas y las aplicaciones de IP móvil que utilizan

22S

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

ese protocolo. Entonces éstos se conectarán en las áreas que ya se han tratado como, por ejemplo. Bluetooth, HomeRF y WAP. Esto proporcionará un planteamiento cerrado de cómo utilizar el transporte inalámbrico de banda ancha en las aplicaciones de banda ancha mediante una arquitectura subyacente que soporte esas aplicaciones. Con el lanzamiento de este planteamiento, comienza la aventura de ver TCP e IP sobre la arquitectura inalámbrica. Actualmente, TCP asume una red subyacente relativamente fiable donde la mayoría de las pérdidas de paquetes se debe a la congestión. En la red inalámbrica, las pérdidas de paquetes se producirán con mayor frecuencia debido a enlaces inalámbricos no fiables más que debido a la congestión. Al utilizar TCP sobre enlaces inalámbricos, cada pérdida del paquete del enlace da lugar a las medidas de control de la congestión que se invocan desde el origen. En consecuencia, se produce una degradación significativa del funcionamiento. Se debe entender el efecto de: ■ ■ ■ ■

Las ráfagas de errores en el enlace radio. La variación del tamaño del paquete en la red de cable. La recuperación local del error tomado por la estación base. La realimentación explícita por la estación base.

El funcionamiento de TCP es sensible al tamaño del paquete y logra mejoras significativas si se utiliza el mejor tamaño del mismo. La recuperación local por parte de la estación base que u ti li za retransmisiones del nivel de enlace mejora el funcionamiento. Sin embargo, todavía pueden producirse tiempos muertos en el origen, lo que genera retransmisiones redundantes del paquete. Un método de realimentación explícita para prevenir estos tiempos muertos durante la recuperación local resuelve este problema. Cuando se utiliza la realimentación explícita de la estación base, las mejoras del funcionamiento son significativas.

IP MOVIL IP móvil proporciona una solución en la capa de red al problema de la movilidad, en concreto para Internet. Es independiente de los protocolos subyacentes de la capa de datos y de la capa física. Por lo tanto, IP móvil puede emplearse sobre una gama de medios que incluyen el uso de comunicaciones inalámbricas. IP móvil trata el uso de una dirección portátil de forma similar a una persona que se va de vacaciones. La persona que se marcha informa a la oficina de correos (PO, Post Office) que él ella saldrá de vacaciones durante varias semanas. La nueva dirección para este individuo se pasa al administrador de correos de la PO local. La PO remitirá todo el correo nuevo entrante a la nueva dirección. Cuando el individuo regresa de vacaciones, el correo deja de ser remitido y la PO local es responsable de entregar el correo. Un proceso similar ocurre en IP móvil. El nodo móvil (dispositivo terminal de datos inalámbricos) recibe una dirección temporal en la nueva ubicación (red o sistema de servicios extranjero). F.l móvil puede obtener una dirección temporal de un agente extranjero (una Función de interconexión [IWF, Interworking Function] del sistema servidor) que proporciona estos servicios o de otro origen. El móvil registra su dirección temporal con su agente local o doméstico (IWF del sistema local) en su red local o doméstica. LJn agente local no pierde de vista la ubicación actual del nodo móvil. Cuando los paquetes de datos se envían al nodo móvil, llegan a la red local. El agente local intercepta los paquetes y los reencamina a la ubicación actual del nodo móvil. Así pues, la solución del nodo IP móvil permite al terminal de datos comunicarse mientras que otros nodos no son conscientes de la ubicación actual del nodo móvil, aunque pueden comunicarse con él. Un nodo móvil envía directamente un paquete sin el encaminamiento a través de su red local. Las características básicas de IP móvil son las siguientes:

Innovaciones inalámbricas en banda ancha

229

■ La solución IP móvil se proporciona en la capa de red (IP). Por lo tanto, puede utilizarse en cualquier capa de enlace de datos (por ejemplo, Ethernet o radio). ■ IP móvil proporciona la capacidad de moverse si n interrumpir las conexiones. Esto sucede porque el nodo que se comunica con otro nodo puede enviar datos utilizando la dirección IP permanente del móvil y los paquetes se entregarán a la ubicación actual del móvil. ■ IP móvil no requiere cambios significativos en los protocolos existentes de IP. ■ No se precisan cambios en la infraestructura. IP móvil es, por lo tanto, transparente a los usuarios. A excepción de la adquisición inicial de la dirección, el usuario no necesita estar informado de la ubicación del móvil. El grupo de trabajo de IP móvil desarrolla el estándar para IP móvil. La Tabla 9.1 muestra una lista de estos estándares.

TCP/IP EN SATÉLITES El protocolo de transporte de red TCP/IP del que depende Internet y la Red mundial (WWW, World Wide Web) ha suscitado diversas discusiones por no funcionar correctamente en las transmisiones vía satélite. El satélite puede soportar comunicaciones de muy alta velocidad, del orden de multimcgabits. Las quejas surgen porque el tamaño de 4K de la memoria de referencia de la implemcntación limita la capacidad del canal y el caudal de tráfico de los datos a tan sólo 64 Kbps. La discusión señala que la memoria de 64K (máxima) limita el flujo a un máximo de 1 Gbps. Por lo tanto, la discusión continúa con que los servicios por satélite GEO de la banda Ka son inadecuados para las aplicaciones de gran ancho de banda puesto que el aumento de la latencia de una conexión GEO disminuye el ancho de banda disponible. El tamaño de la memoria (buffer) se dimensiona como: Ancho de banda * retardo = tamaño de la memoria Con un tamaño de memoria limitado, un retardo extremo a extremo mayor reduce el espacio disponible para mantener las copias de reserva del no-reconocimiento de datos de la retransmisión. Esto limita el caudal de tráfico en una conexión TCP de menos pérdidas.

Tabla 9.1. Estándar RFC 2005

Lista de estándares de IP móvil Descripción Infor me de aplicabilidad para el soporte de la movilidad de IP.

RFC 2002

Definición del protocolo IP móvil.

RFC 2003

Encapsulación IP con paquetes IP.

RFC 2004

Encapsulación míni ma de IP.

RFC 1701

Mét odos de Encapsulación genérica para el encaminamient o (GRF. (Generic Routing Encapsulation).

RFC 2006

Gestión de la base de información (MIB, Management Information Base) para IP

RFC 2344

Túnel de retorno para IP móvil.

RFC 2356

Cortafuegos SKIP Traversal para IP móvil.

móvil.

230

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Sin embargo, este argumento ignora el trabajo realizado en tamaños de memoria mayores para TCP en la RFC 1323, el esfuerzo de las ventanas grandes. Durante varios años se ha llevado a cabo el trabajo para ampliar TCP más allá de su espacio de memoria original de 16 bits. Por otra parte, varias versiones de UNIX soportan el esfuerzo y el resultado de las ventanas grandes. El límite de la memoria TCP no es tan malo como se decía. Actualmente, TCP se enfrenta bastante bien a los retardos de GEO. Los enlaces TCP individuales de gran ancho de banda de GEO son posibles con el equipo y software adecuados. Durante años las aplicaciones militares han estado utilizando TCP/1P en muchas redes GEO. Los enlaces GEO son convenientes para lograr conexiones intermedias sin interrupciones en un circuito TCP. No hay nada que niegue el empleo de muchas conexiones pequeñas TCP sobre un enlace de banda ancha; GEO, la fibra óptica y la mayoría de las conexiones de banda ancha de Internet contienen un gran número de pequeños tubos o canales (pipes) separados. La cuestión realmente importante de la órbita geosíncrona (GEO, Geosynchronous Orbit) frente a los satélites de órbita baja (LEO, Low-Earth Orbit) es la aceptación del retardo físico para las aplicaciones bidireccionales en tiempo real, tales como la telefonía o la videoconferencia. Incluso entonces, el retardo físico de GEO se compensa con los aumentos de tiempos a través de una red de paquetes LEO. La presencia de diversos tubos TCP estrechos a través del satélite funciona bien. Los tubos anchos con tamaños de memorias grandes pueden experimentar una tusa de error de bits (BER, Bit Error Rate) del satélite muy elevada. Para TCP, la implementación de los Reconocimientos Selectivos (RFC 2018) y la Recuperación Rápida (RFC 2001) también mejoran el funcionamiento en cuanto a los errores. Hay mucho trabajo puesto en marcha con la transmisión IP sobre satélite y los grupos de trabajo de TCP sobre satélite. La principal ventaja de la transmisión IP sobre satélite es que puede entregar grandes cantidades de ancho de banda en las áreas subdesarrolladas donde no existe fibra óptica. La transmisión IP sobre satélite está también sujeta a una serie de condiciones adversas que puedan afectar significativamente al caudal de tráfico y a la eficiencia de la red. Las tasas de error de bits, la congestión, la gestión de colas, el tamaño de la ventana y el estado de la memoria pueden tener un impacto serio en todas las curvas de funcionamiento de la transmisión IP sobre satélite. Otro problema es la asimetría en el ancho de banda del canal de retorno, que en muchos sistemas de transmisión IP sobre satélite es sólo una fracción del ancho de banda del canal de ida. Puesto que TCP emergió como avance de IP sobre satélite, a menudo se identifica equivocadamente a TCP como la fuente del problema. El problema es el entorno de funcionamiento y no sólo TCP. TCP no se optimiza para las condiciones encontradas durante las transmisiones por satélite. El salto del viaje estándar de GEO de 44.600 millas2 crea problemas con el retardo de transmisión inherente que interrumpe el flujo de paquetes entre el emisor y el receptor, especialmente a velocidades de transmisión muy altas. TCP funciona bien como protocolo de propósito general para un entorno congestionado, como por ejemplo Internet. Sin embargo, TCP percibe el retardo de un satélite y el error de bit como si fuesen congestión y retrasos inherentes.

SATÉLITE Y ATM También se han realizado trabajos en el Modo de transferencia automática (ATM, Automatic Transfer Mode) sobre satélite. La normalización de ATM sobre satélite está en marcha y diver-

2

1 milla = 1,6093 km. (N. del T.)

Innovaciones inalámbricas en banda ancha

231

sas organizaciones están trabajando en paralelo. El grupo ATM inalámbrico (WATM, WirelessATM) del Foro de ATM ha realizado algún trabajo en ATM sobre satélite. El grupo de Comunicaciones e Interoperabilidad de la Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones (TÍA, Telecommunications lndustry Association) (TIA-TR34.1) trabaja en las especificaciones de interoperabilidad que facilitan el acceso ATM y la interconexión de la red ATM con la red fija y la red móvil de satélites. TÍA colabora con el grupo WATM del Foro de ATM. La contribución 98-0828 del Foro de ATM facilita el desarrollo del estándar de las redes de satélites ATM.

TRAZADO DE REGLAS PARA INTERNET Todo el mundo conoce Internet. Sin embargo, pocos entienden cómo funciona. Muy pocos saben de dónde proceden los estándares que configuran el modo de funcionamiento de Internet. Estas reglas proceden de cinco grupos, cuatro de ellos vagamente organizados y compuestos principalmente por voluntarios. Los grupos no tratan los estándares en el sentido tradicional, aunque sus conclusiones participan en la elaboración de las normas por las que se rige Internet en todo el mundo. En su lugar, ellos acuerdan cómo deberían ser las cosas. El resultado tiene un efecto sorprendente, algunas veces incluso retorcido, se trata el rápido crecimiento y a menudo la naturaleza impredeciblc de Internet. Como la propia red Internet, los grupos que la supervisan son recientes incorporaciones que continúan en evolución y reestructuración. Internet enlaza miles de redes y millones de usuarios que se comunican con cientos de diferentes tipos de software. Esto se debe a TCP/IP, al procedimiento general de intercambiar los paquetes de datos adoptados por ARPANET a principios de los años ochenta. De forma inmediata, otras redes también han adoptado TCP/IP, lo que ha pavimentado el camino para la red Internet de hoy en día. TCP/IP se ha actualizado varias veces. Continúa experimentando modificaciones, incluidas aquellas diseñadas para aumentar el caudal de tráfico, especialmente para los enlaces terrestres de largo recorrido y los de satélites.

La adaptación IP puede acelerar el caudal de tráfico Todo el que utiliza Internet desea conexiones más rápidas. La búsqueda de la velocidad se ha convertido en un importante tema de comercialización para los sistemas terrestres y por satélites de igual modo. Sin embargo, ningún sistema es de forma intrínseca el mejor para cada aplicación. El encontrar la manera más eficiente de conectarse es una cuestión de necesidad de las comunicaciones que igualan las características únicas de cada opción. El hardware implicado es un factor obvio en la velocidad del sistema. Sin embargo, los protocolos que utilizan los ordenadores para comunicarse entre sí controlan el caudal de tráfico. Los protocolos de Internet se revisan constantemente y las versiones que están apareciendo prometen entregas de paquetes más rápidas sobre todos los tipos de enlaces. Las tareas están coordinadas principalmente por el Grupo de trabajo de ingeniería de Internet (IETF, Internet Engineering Task Force). IETF busca la mejora continua en el software que hace que Internet funcione y prefiere las soluciones que benefician a los enlaces de la red terrestre así como a los de la red de satélites. Internet funciona porque todos los ordenadores que lo utilizan siguen las mismas reglas o protocolos. El más importante de todos ellos es el Protocolo de Internet (IP). Su principal función es proporcionar el datagrama que lleva la dirección a la que un ordenador está enviando un mensaje. El principal trabajo de TCP es garantizar que los mensajes se reciben con exactitud sobre Internet. TCP envía datos en segmentos y espera un mensaje de confirmación del ordenador receptor antes de enviar más. Reacciona a las cargas de tráfico de la red, regulando dinámica-

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

mente la tasa permisible de la transferencia de datos entre los dos ordenadores en un intento de maximizar el flujo de datos sin puntos de retransmisión o de maximizar la capacidad del ordenador receptor. TCP facilita el envío de grandes ficheros de datos sobre rutas de transmisión que pueden estar plagadas de errores de bit u otras formas de calidad pobre del enlace. También reduce el caudal de tráfico cuando no recibe el reconocimiento con tanta rapidez como se esperaba. TCP asume que cualquier retardo se debe a la congestión del tráfico dentro de la red. Responde recortando la tasa de transmisión y después acelerando otra vez lentamente, siempre y cuando no se detecten más retardos. La idea tras su mecanismo de arranque lento es hacer corresponder en cualquier momento la salida del envío del ordenador al máximo caudal de tráfico permitido por la red. Para la mayor parte, TCP trabaja bien. Sin embargo, el empuje de las capacidades del caudal de tráfico finales/máximas de TCP ha mostrado defectos, especialmente en los enlaces de alta capacidad con elevada latencia. El problema de la elevada latcncia ralcntiza enormemente el mecanismo de arranque lento de TCP, que provoca que el protocolo restrinja la cantidad de datos que pueden estar en el aire entre los ordenadores de envío y recibo. Esto previene al enlace de ser utilizado en su totalidad. El problema afecta a cualquier trayecto de elevado retardo, sea un enlace terrestre o por satélite. Para los enlaces de gran ancho de banda, el resultado es una caída brusca en la eficiencia. Por ejemplo, un mensaje controlado por la forma más comúnmente utilizada de TCP puede transmitirse a través de un enlace de fibra óptica OC-3 que cruza el continente a tan sólo 1,1 Mbps, incluso aunque la línea pueda manejar 155 Mbps de caudal de tráfico. Un paquete de datos puede propagarse por los EE.UU. y regresar a través de un cable de cobre o de una fibra óptica en unos 60 milisegundos. El mismo paquete tarda entre ocho y nueve veces (500 milisegundos) en realizar el viaje de ida y vuelta por satélite. Un satélite LEO promete retardos de propagación muy cortos —tan pequeños como 12 milisegundos en un recorrido de ida y vuelta de la tierra al satélite- porque orbitan próximos a la tierra. Sin embargo, una aeronave LEO no tiene visibilidad de costa a costa, por lo que se requieren diversos «pájaros» para retransmitir el paquete por todo Estados Unidos. Los «pájaros» LEO también se encuentran en un movimiento relativo a la tierra, por lo que su latencia de paquetes varía continuamente, una característica que fuerza a que las actuales formas de TCP reconsideren constantemente la tasa de datos permisible. El resultado de la red son los retardos de transmisión de los sistemas LEO a través del país, semejante a aquellos de los enlaces terrestres largos. La latencia de la señal no es el único factor en la selección de un medio de transmisión apropiado. Cada alternativa tiene sus propios atractivos y desafíos. La continuación de los ajustes de TCP promete mejorar el rendimiento en cualquier enlace de red de elevada latencia. Desde la perspectiva de una solución de banda ancha, el uso de TCP/IP sobre Internet y enlaces inalámbricos son dos de los temas más candentes. La transmisión por satélite sólo requiere diferentes técnicas de soporte de comunicaciones de alta velocidad. La latencia y la escasez de (labilidad de Internet se deben principalmente a su naturaleza descentralizada. Recuerde que Internet es un grupo de redes enganchadas remotamente para realizar el mejor intento de entrega de información posible. Si la entrega no es fiable, entonces las retransmisiones son constantes. Esta retransmisión constante se produce a expensas del caudal de tráfico. Habitualmcnte, cuando se descarga cualquier clase de datos (o información de sitios Web) el paquete pasa por entre 17 y 20 saltos con su propia memoria y retardos. Si se utiliza mas la transmisión por satélite que las comunicaciones terrestres, se puede reducir el número de saltos y el retardo resultante. Los satélites de una órbita üEO pueden introducir una cantidad tremenda de retardo. Por lo tanto, el uso de un LEO puede reducir el retardo de! vuiíe de ida y vuelta y mejorar todo el funcionamiento. Una de ias posibilidades para satisfacer las comunicaciones de banda ancha es la red propuesta por Teledesic.

Innovaciones inalámbricas en banda ancha

233

VISION PE LA TECNOLOGÍA DE TELEDESIC La red de Teledesic es una red de banda ancha de gran capacidad que combina la cobertura global y la baja latencia de una constelación de satélites LEO, la flexibilidad y robustez de Internet, y la Calidad de servicio (QoS, Qualitv of Service) de la fibra óptica. Conocido el sistema con el término de Internet en el cielo™, la red de Teledesic promete proporcionar un acceso asequible para interactivar globalmente la comunicación de banda ancha, incluidas las áreas a las que por motivos económicos no podría darse servicio por otros medios tales como el cable o los sistemas celulares terrestres. La red de Teledesic puede servir como enlace de acceso entre un usuario y una pasarela de una red terrestre o como medio para conectar usuarios o redes juntos y soportar millones de usuarios simultáneos cuando todo el despliegue se complete.

Compatibilidad sin interrupciones Los sistemas de satélites geoestacionarios (GEO) exigen cambios en los estándares y protocolos de la red terrestre para soportar su inherente elevada latencia. El objetivo de Teledesic más bien es satisfacer los estándares actuales de la red en lugar de cambiarlos. Para ello es necesario un diseño de baja latencia y tasas de error de bits bajas; disponibilidad de un servicio de alta calidad, capacidad de banda ancha y flexibilidad.

RED TELEDESIC La red consta de estaciones terrenas (terminales, pasarelas de red. operaciones de red y sistemas de control) y de segmento espacial (la red de conmutación del satélite que proporciona los enlaces de comunicaciones entre los terminales). Los terminales son el limite de la red c interfaz entre la red de satélites y los usuarios finales terrestres. Estos terminales realizan la traducción entre los protocolos internos de Teledesic y los protocolos estándares, de forma que se aisla la red de conmutación del satélite de la complejidad y del cambio, como se muestra en la Figura 9.4. Los terminales de Teledesic se comunican directamente con la red del satélite y soportan diversas tasas de datos. Los terminales también soportan los protocolos estándares de red, como IP, ISDN, ATM y otros. Aunque está optimizada para dar servicio a los terminales fijos, la red es capaz de dar servicio a los terminales móviles, así como a aquellos destinados para aplicaciones marítimas y de aviación. La mayoría de los usuarios disfrutarán de conexiones bidireccionales que proporcionan hasta 64 Mbps en el enlace descendente y hasta 2 Mbps en el ascendente. Los terminales de banda ancha ofrecerán 64 Mbps de capacidad bidireccional. La capacidad de manejar tasas de diversos canales, protocolos y prioridades de servicios proporciona la flexibilidad para soportar una amplia gama de aplicaciones que incluyen Internet, intranets corporativas, comunicación multimedia, interconexión de LAN, sistema de retroceso inalámbrico y aplicaciones de oficina pequeña/doméstica. Los terminales también proporcionan los punto de interconexión para los Centros de control de operaciones de la constelación (COCC, Constellation Operations Control Centers) de la red y Centros de control de operaciones de la red (NOCC, Network Operations Control Centers). Los COCC coordinan el despliegue inicial de los satélites, el provisionamiento de reservas, el diagnóstico de fallos, la reparación y la salida de órbita. La Figura 9.5 ilustra la red.

234

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

FUENTE: Teledesic.

Figura 9.4.

Las interfaces de red.

FUENTE: Teledesic.

Figura 9.5.

La red Teledesic.

Innovaciones inalámbricas en banda ancha

235

Conmutación de paquetes rápida La red espacial de Teledesic utiliza la conmutación de paquetes rápida. Las comunicaciones se tratan dentro de la red como flujos de paquetes cortos, de longitud fija. Cada paquete contiene una cabecera que incluye la información de la secuencia y la dirección de destino, una sección de control del error utilizada para verificar la integridad de la cabecera y una sección de carga útil que transporta los datos codificados del usuario (voz, vídeo, datos, etc.). La conversión hacia y desde el formato del paquete se produce en los terminales en el límite de la red. La topología de una red LEO es dinámica. La red debe adaptarse continuamente a estas condiciones de cambio para alcanzar las conexiones óptimas (mínimo retardo) entre los terminales. La red de Teledesic utiliza una combinación de un direccionamiento de paquetes basado en el destino y un algoritmo distribuido de encaminamiento de paquetes adaptado para alcanzar bajo retardo y baja variación del retardo a través de la red. Cada paquete lleva la dirección de red del terminal destino y cada nodo selecciona independientemente el menor retraso de la ruta hacia ese destino. Los paquetes de la misma sesión pueden seguir diversas trayectorias a través de la red que encamina el tráfico, según se muestra en la Figura 9.6. El terminal destino almacena, y si es necesario, reordena los paquetes recibidos para eliminar el efecto de las variaciones de tiempo.

La constelación de satélites Cada satélite es un nodo de la rápida red de conmutación de paquetes y tiene enlaces de comunicación intersatelitales con otros satélites en el mismo plano orbital y en los adyacentes. Esta agrupación de interconexión forma una malla robusta no jerárquica o geodésica, una red que es tolerante a fallos y a la congestión local. La red combina las ventajas de una red de conmutación de circuitos (tubo de bajo retardo digital) y una red de conmutación de paquetes (manejo eficiente de multitasa y ráfagas de datos). Desde el punto de vista de la red, una gran constelación de nodos de conmutación entrelazados ofrece una serie de ventajas en términos de calidad, fiabilidad y capacidad del servicio. La red mallada de abundantes interconexiones presenta un diseño robusto y tolerante a fallos que automáticamente se adapta a los cambios de la topología y a los nodos congestionados o defectuosos. Para lograr el aumento de la capacidad del sistema y de la densidad del canal, cada satélite es capaz de concentrar una gran cantidad de capacidad en su relativamente pequeña zona de cobertura. Las zonas de solapamiento de la cobertura más el uso de órbitas de reserva permite una reparación rápida de la red cuando surge un fallo del satélite en un hueco

FUENTH: Teledesic.

Figura 9.6.

Algoritmo distribuido de encaminamiento adaptado de Teledesic.

236

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

de la cobertura. En esencia, la Habilidad del sistema reside más en la constelación considerada como un todo que en el fallo de un único satélite. La banda Ka es la banda de frecuencias más baja con suficiente espectro para satisfacer los objetivos, la calidad y la capacidad del servicio de banda ancha de Teledesic. Los enlaces de comunicaciones terminal-satélite operan dentro del segmento de la banda de frecuencia Ka que se ha identificado internacionalmente para el servicio fijo por satélite no geoestacionario y en la banda de licencia de Estados Unidos para el uso de Teledesic. Los enlaces descendentes operan entre 18,8 GHz y 29,1 GHz. Los enlaces de comunicación a estas frecuencias son degradados por la lluvia y bloqueados por obstáculos en la línea de visibilidad directa. Para evitar obstáculos y limitar el segmento de la trayectoria expuesta a la lluvia se requiere que el segmento espacial que da servicio a un terminal esté en un ángulo de elevación alto sobre el horizonte. La constelación de Teledesic asegura un ángulo de elevación mínimo (ángulo de máscara) de 401/4 dentro de toda su área de servicio. Al utilizar este diseño, la red de Teledesic puede alcanzar una disponibilidad del 99,9 por 100 o incluso mayor. La latencia es un parámetro crítico de la calidad de servicio de la comunicación, particularmente para la comunicación interactiva y para muchos protocolos de datos estándares. Para ser compatible con los requisitos de latencia de los protocolos desarrollados para la infraestructura de banda ancha terrestre, los satélites de Teledesic funcionan a baja altitud, por debajo de 1.400 km. La combinación de un ángulo de máscara alto y un LEO dio como resultado una zona de cobertura del satélite relativamente pequeña o también conocida como huella (jootprint), que permite la reutilización eficiente del espectro pero requiere una gran cantidad de satélites que den servicio a la Tierra en su conjunto. En la constelación inicial, la red de Teledesic consiste en 288 satélites operacionalcs, divididos en 12 planos, cada uno con 24 satélites.

Acceso múltiple Puesto que la red utiliza el acceso inalámbrico, los canales de comunicaciones no se dedican a los terminales de forma permanente. Los recursos del canal asociados a una célula se comparten entre los terminales de esa célula, con la capacidad asignada bajo demanda para satisfacer sus necesidades actuales. Esta flexibilidad permite a Teledesic manejar eficientemente diversas necesidades del usuario: ■ ■ ■ ■

De un uso ocasional a un uso permanente. De aplicaciones a ráfagas a las de tasa de bit constante. De tasas de bit bajas a altas. De zonas de densidad de uso bajo a las de densidad de uso relativamente alto.

Un esquema del acceso múltiple implcmentado en los terminales y en el satélite que da servicio a la célula maneja la compartición de los recursos del canal entre los terminales. Dentro de una célula, la compartición del canal se logra con una combinación del Acceso múltiple por división de tiempo multifrecuencia (MF-TDMA, Multifrequeney Time División Múltiple Access) en el enlace ascendente y el Acceso múltiple por división de tiempo asincrono (ATDMA, Asynchronous Time División Multiplexing Access) en el enlace descendente.

Capacidad de la red Para hacer un uso eficiente del espectro radioeléctrico, las frecuencias se asignan y reutilizan dinámicamente varias veces dentro de cada huella de satélite. La red de Teledesic soporta un ancho de banda bajo demanda, que permite a un usuario solicitar y liberar una capacidad según se necesite. Esto proporciona a los usuarios la posibilidad de pagar sólo por la capacidad que

Innovaciones inalámbricas en banda ancha

237

realmente utilizan y proporciona a la red la capacidad de soportar un mayor número de usuarios. De este modo, la red Teledesic se diseña para soportar millones de usuarios simultáneos. La red se dimensiona para disponer de una capacidad mayor al introducir satélites adicionales, como se muestra en la Figura 9.7. Teledesic pretende proporcionar alta calidad, servicios de comunicaciones de banda ancha a corporaciones, gobiernos, organizaciones no gubernamentales, pequeños negocios y comunidades de todo el mundo. A través de la tecnología del satélite, la red ofrece conectividad de gran ancho de banda en todas las partes del mundo. Virtualmente todos los mercados de servicios de telecomunicación del mundo están experimentando un crecimiento excepcional. El comercio electrónico, el negocio electrónico (e-business) y la conectividad básica están implantándose, lo que genera un gran aumento en la necesidad de disponer de infraestructuras de telecomunicación avanzadas. Este crecimiento se acelerará en las próximas décadas a medida que se expanda la población de usuarios y se incremente el número de sofisticadas aplicaciones que aumenten la apetencia de ancho de banda de todo el mundo. Teledesic ayudará a satisfacer este apetito con la construcción de la primera red de datos de banda ancha real.

BUCLE LOCAL INALÁMBRICO (WLL) A veces denominada radiocomunicación en ej bucle (RITL, Radio In The Loop) o acceso radio fijo (FRA, Fixed-Radio Access) del sistema, el bucle local inalámbrico (WLL, Wireless Local Loop) es un sistema que conecta a los abonados con la Red telefónica conmutada pública (PSTN, Public Switched Telephone Network) mediante señales radio como sustituto del cobre para toda o parte de la conexión entre el abonado y la central. Esto incluye sistemas de acceso inalámbrico, FRA propietarios y sistemas celulares fijos. Desde la llegada del sistema telefónico, el cable de cobre tradicionalmente ha proporcionado el enlace en el bucle local entre el abonado telefónico y la central local. Sin embargo, se dice que los días del cobre en el bucle local están terminando. Los imperativos económicos y las nuevas tecnologías abren la puerta a las soluciones WLL. WLL utiliza la tecnología inalám-

FUENTE: Teledesic. Figura 9.7. Los satélites de Teledesic.

238

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

brica junto con las interfaces de línea y otra circuiteria para completar la última milla entre el cliente y el equipo de la central. Según la firma de investigación MTA-EMCI, el mercado mundial de WLL ascenderá a 202 millones de abonados en el año 2005. Diversas estimaciones de dicha investigación indican que entre 172 y 307 millones de abonados solicitarán el servicio de WLL. El servicio real se distribuirá entre 140 y 150 millones de abonados para el año 2004, según muestra la Figura 9.8.

RECESIÓN DE LA TECNOLOGÍA WLL La revolución de WLL está en marcha. Los suministradores y los operadores de WLL acuden en masa a los mercados emergentes, que utilizan cualquier tecnología inalámbrica y de interfaz de línea disponible para conseguir mercado en breve tiempo. Puesto que aún no hay disponibles estándares definitivos de WLL, los proveedores todavía hacen frente a una opción desconcertante de tecnologías de acceso fijo, móvil y digital sin cable. La tecnología apropiada dependerá de una serie de consideraciones, como el tamaño y la densidad de población de una zona geográfica (rural frente a urbana) y el servicio que necesita de la base de abonados (residencial frente a empresarial, POTS frente a acceso de datos). De hecho, habrá distintas tecnologías inalámbricas que proporcionen algunas aplicaciones mejor que otras por muchas razones. El desafío para los proveedores de WLL es identificar el protocolo inalámbrico óptimo para sus necesidades únicas de aplicación, reducir el coste del silicio por abonado y entregar al mercado soluciones integradas (paquetes de servicios).

ARQUITECTURA DEL SISTEMA DE TRANSMISIÓN DESCENDENTE INALÁMBRICO La ingeniería de un sistema inalámbrico es complicada debido a los siguientes factores: ■ La ubicación física del transmisor inalámbrico puede ser diferente de la ubicación final del servidor de Internet. ■ Es necesaria la transmisión de visibilidad directa.

Innovaciones inalámbricas en banda ancha

■ ■ ■ ■ ■

239

La potencia de señal disminuye proporcionalmente con la distancia. Se utilizan diferentes frecuencias de transmisión fijas. Puede producirse propagación multitrayecto. Se requiere una antena receptora en el edificio. El modo de operación bidireccional está limitado.

Algunos de estos requisitos interactúan de la siguiente manera: ■ Si uno tuviese completa libertad, el transmisor estaría en el sitio más conveniente para una conexión de servicio de Internet. Sin embargo, las condiciones de transmisión requieren que exista visibilidad directa hacia los clientes. Estos dos requisitos se contraponen la mitad del tiempo así que el transmisor y el extremo servidor de Internet no pueden ubicarse juntos. ■ El sitio de la antena y el transmisor inalámbrico normalmente se elige para proporcionar la señal de televisión en condiciones de visibilidad directa en una zona metropolitana o en varias comunidades rurales. Se conceden licencias para las bandas de frecuencias de esta amplia zona de cobertura. Por lo tanto, el sitio del transmisor puede estar físicamente inaccesible en una montaña. ■ El punto más cercano de conexión a Internet a menudo es el centro de la ciudad. Este suele ser el mejor lugar para mantener la conexión del servidor de Internet de la transmisión de visibilidad directa con los clientes. Como se muestra en la Figura 9.9, el transmisor del Servicio de distribución multipunto multicanal (MMDS, Multichannel Multipoint Distribution Service) puede que no cubra la zona entera. Puede ser necesaria una inyección de baja potencia para cubrir áreas donde no existe la visibilidad directa.

BANDAS DE FRECUENCIAS Y LIMITACIONES La banda de frecuencias determina el tipo de antena receptora y la cobertura o alcance del transmisor. MMDS, el Servicio fijo de televisión educativa (ITFS, Instructional Televisión Fixed Service) y los transmisores analógicos de televisión del Servicio de distribución multipunto (MDS, Multipoint Dislribution Service) fueron los primeros que se utilizaron para el acceso a Internet. Las bandas estaban infrautilizadas por la televisión y podían hacerse uno, dos o incluso tres subcanales digitales de 2 MHz para funcionar con ajustes a los duplexores y filtros del transmisor analógico. Varios proveedores han proporcionado recientemente los transmisores digitales. WCS es una nueva banda disponible con transmisores inalámbricos y conversores reductores de frecuencia en desarrollo. Los transmisores de baja potencia de Muy altas frecuencias (VHF, Very High Frecuency) y Ultra altas frecuencias (UHF, Ultra High Frequency) están en servicio para el acceso descendente de Internet que utiliza licencias experimentales. La mayoría de los anchos de banda son de 6 MHz en sentido descendente, mientras que en WCS es de 5 MHz. La Tabla 9.2 enumera los posibles servicios para el bucle local de banda ancha. La Tabla 9.3 enumera las bandas de frecuencias disponibles para estos servicios. Los principales servicios que se han seleccionado son los servicios de distribución local multipunto (LMDS, Local Multipoint Distribution Sei'vices) y MMDS.

RECEPCIÓN DE LA SEÑAL EN EL ABONADO La banda de frecuencias determina el tipo de antena receptora y de eonversor reductor de frecuencia (si es necesario). El módem de cable recibe las señales LPTV mediante una antena exterior convencional de TV, posiblemente con un amplificador pero que presta más atención al nivel de

Innovaciones inalámbricas en banda ancha

241

Tabla 9.2. Lista de posibles servicios de distribución de banda ancha Nombre

Descripción y uso básico

MMDS

Servicio de distribución multipunto multicanal. La mayoría de estos transmisores de

MDS

televisión son analógicos y requieren actualizarse a digital a menos que se utilice la subcanalización. Televisión analógica o no se utiliza.

WCS

Nuevo.

ITFS

Servicio educativo que incluye acceso a Internet.

LMDS

Nuevo.

ISM

Bandas sin licencias utilizadas para LAN y para el trayecto de vuelta de los sistemas de módem bidireccionales.

Tabla 9.3. Nombre

Bandas de frecuencias Frecuencia MHz

Notas

2.500-2.686

Treinta y un canales de televisión individuales (transmi-

MDS1 MDS2

2.150-2.156 2.156-2.162

sores) incluido ITFS. Algunos operadores sólo tienen cuatro canales. Alcanza 35 millas, requiere línea de visión directa y es afectada por el multitrayecto. Un canal de 6 MHz. (Véase MMDS.) Un canal de 6 MHz. (Véase MMDS.)

MDS2A

2.156-2.160

MMDS2 truncado en un lado a 4 MHz.

WCS

2.305-2.320

Bloques de 5 MHz o 10 MHz.

WCS

2.345-2.360

Bloques de 5 MHz o 10 MHz (nuevo en mayo 1997).

ITFS

2.500-2.690

Canales de 6 MHz compartidos con MMDS.

LPTV

54-72 78-88 174-216

Difusión de baja potencia, canales de 6 MHz, licencias experimentales. Baja potencia puede ser una potencia radiada efectiva de 50 Kw. (Este 174-216 incluye la ganancia de antena.) Se recomienda el funcionamiento de visibilidad directa. Corto alcance, 3 millas, canales de 20 MHz (nuevo). La lluvia afecta a la propagación. Corto alcance, 0,5 millas de espectro ensanchado omnidireccional. Corto alcance, similar a 900 MHz pero también puede construirse más allá de 15 millas punto a punto como el camino de retorno para un sistema de módem de cable.

MMDS

LMDS ISM

470-806 27.500-28.350 31.000-31.300 902-928 2.400-2.483,5

señal que con una televisión analógica. El nivel debe estar cerca del extremo superior del rango del módem, pues es más probable un desvanecimiento de la señal que un aumento de su nivel. MMDS, MDS y WCS requieren el montaje de una antena pequeña integrada con un conversor reductor de frecuencia en la azotea o en el lateral del edificio. Estas unidades de bajo coste suponen un tercio del precio del módem de cable. En un entorno inalámbrico es conveniente tener en cuenta los siguientes puntos: ■ Ubicar la antena para minimizar el multitrayecto. ■ Asegurarse de que la antena está situada para recibir la señal directa en lugar de una señal más fuerte reflejada por un edificio, la cual puede variar su nivel.

242

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

■ Trabajar con el proveedor del conversor reductor de frecuencia para conseguir seleccionar la ganancia del amplificador y de la antena para la zona de cobertura, y minimizar el número de modelos necesarios. ■ Utilizar los cálculos apropiados para los enlaces de microondas. El cálculo para los moduladores múltiples a través de un transmisor común (subcanalización) es un poco diferente al de una única señal en un transmisor. ■ La instalación del conversor reductor de frecuencia fabricado para un módem de cable puede también soportar el servicio de vídeo. Al contrario puede que no sea posible, pues el módem de cable tiene un nivel de requisitos específicos. El módem de cable sintonizador/demodulador aceptará una limitada variación en el nivel de introducción de datos. Dependiendo del fabricante, del modelo, de la frecuencia de operación y del entorno MMDS, las pérdidas de la trayectoria son estables excepto para la distorsión multitrayecto y para la ganancia de la antena o del conversor reductor de frecuencia que pueda seleccionarse para proporcionar al módem de cable un nivel de señal correcto. En el caso de LPTV, el desvanecimiento del trayecto es más común, pero una antena exterior en condiciones de visibilidad directa minimizará las variaciones del nivel de potencia del multitrayecto. Aunque muchas de estas discusiones se centran en una nueva tecnología, las dos mejor posicionadas son el bucle local inalámbrico (WLL) y los servicios de distribución local multipunto (LMDS). La siguiente sección describirá ambos sistemas con más detalle.

BUCLE LOCAL INALÁMBRICO (WLL) La industria en general ha puesto mucho énfasis en el WLL y predice que millones de abonados disfrutarán de las ventajas de las comunicaciones no cableadas en los próximos años. Esto puede ser o no agresivo, pero apunta a que la competición por la «última milla» está en pleno auge. Gran parte de este crecimiento se producirá en las zonas donde no existe una infraestructura, por ejemplo los países del tercer mundo que instalan los sistemas de comunicaciones iniciales al usuario residencial y de empresa. Muchos países por todo el globo todavía no tienen un servicio de telefonía analógica convencional (POTS, Plain Oíd Telephone Service), así que tiene sentido considerar una conexión inalámbrica. En algunos países han apodado los servicios con el concepto de radiocomunicación en el bucle (RITL, Radio in The Loop) o de acceso radio inalámbrico fijo (FWRA, Fixed Wireless Radio Access). Países como Brasil y China cosecharán muchos beneficios al utilizar el concepto de WLL, tanto en el aspecto financiero como en la velocidad de instalación. El coste de instalación por usuario es mucho más favorable. Algunas estadísticas muestran en la Tabla 9.4 la diferencia de coste entre el cable instalado frente al método de acceso local inalámbrico.

Tabla 9.4. Comparaciones de coste para el bucle local cableado frente al inalámbrico Tecnología empleada

Coste por usuario *

Bucle de cobre local Bucle local inalámbrico

5.500 500-800 **

* Coste considerado en dólares americanos. ** Esta figura descenderá rápidamente a aproximadamente 200-300 dólares por usuario, pues a medida que el despliegue continúa y se alcanzan las economías de escala.

Innovaciones inalámbricas en banda ancha

243

Sin embargo, los países subdesarrollados que emergen no son los únicos lugares en donde se utilizará la tecnología WLL. Los países desarrollados de todo el mundo también pueden aprovecharse de las economías de escala y de las ventajas financieras de instalar el acceso local inalámbrico. Como resultado, hasta 50 millones de líneas de acceso se desplegarán por todo el mundo y un rápido crecimiento seguirá a las instalaciones iniciales. La instalación de cobre hasta la puerta ha finalizado; en su lugar, las tecnologías inalámbricas pueden ser la opción del futuro. Los operadores no pueden permitirse durante más tiempo el coste de instalación y de mantenimiento del bucle local de cobre. La Figura 9.10 es una representación del concepto total de WLL. No utiliza una tecnología específica sino que sirve como modelo para los operadores que consideran el uso de la tecnología inalámbrica.

No para todo el mundo El bucle local inalámbrico abre muchas nuevas oportunidades en el mercado; sin embargo, no todos sobrevivirán. Los proveedores se quedarán sin fondos y no sobrevivirán a la competición o bien los más grandes que van buscando cuota de mercado en un área de operación absorberán a los proveedores locales más pequeños. En cualquier caso, el número de proveedores cambiará y los operadores buscarán continuamente nuevos y competitivos planteamientos para atraer a los clientes. Los proveedores del servicio completo ofrecerán la lista de servicios, según muestra la Tabla 9.5. Otros pueden ofrecer partes de estos servicios. Lo importante que no se debe olvidar es que el usuario final busca el planteamiento de la oferta de servicios integrados y el software que se incluye.

244

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Tabla 9.5. Resumen de servicios y proveedores actuales Servicios que se ofrecen actualmente y ofertas futuras Proveedor de servicios

Voz

Baja velocidad de datos

Datos punto a punto

CATV

VídeoAcceso conferencia a Internet

Servicios multimedia

No disponible, pero posible

Sí, 10 Mbps

No disponible

No, pero planeado

Sí

Sí, 1,5 Mbps

Limitado

Sí

No, pero planeado

Sí. limitado

Sí, 1,5 Mbps

Limitado

Sí

Sí, pero no bucle local

No se une Sí, con CATV limitado

Sí, 1,5 Mbps

Limitado

Sí

Sí

Limitado

No, pero posible

Limitado

Sí, 10 Mbps

Posible

Proveedores Sí celulares

Sí

No

No

No

No

No

Proveedores Sí de PCS

Sí

No

No

No

Limitado

No

Compañías Sí de cable

No No disponible, Sí disponible, pero posible pero posible

LEC

Sí

Sí

Sí

CLEC

Sí

Sí

IEC

Sí

WLL

Muchos proveedores comprometerán también el éxito de muchos, al provocar algún tipo de recesión, pero hay que tener en cuenta que el usuario final está deseoso de utilizar uno o más de los proveedores de servicios indicados en la Tabla 9.5. Probablemente se producirá el ofrecimiento de fusión o de surgimiento de proveedores para conseguir llegar a la puerta del consumidor. Cuando uno mira estas ofertas y a estos operadores, es obvio que los servicios están desunidos. Algunos proveedores ofrecen todos los servicios, mientras que otros están planteándose precisamente los posibles servicios que ofrecerán. Sin embargo, la infraestructura que eligen instalar puede tener un impacto en su capacidad para servir las demandas futuras. Ahora mismo no surge ninguna respuesta o solución, pero los cambios en este negocio se producirán con bastante rapidez. La economía para conseguir que el consumidor (residencial y de empresa) compre más de una oferta establecerá la etapa para los servicios futuros. Podrían añadirse números y ver cómo los proveedores desean tratar este tema. La Tabla 9.6 muestra un resumen de las ofertas de servicio (en promedio) utilizado por el consumidor. En este escenario particular, el consumidor es un usuario de empresa local o un usuario residencial cuyas necesidades incluyen varios servicios empaquetados. Si un operador puede ofrecer servicios en paquetes para disminuir moderadamente los costes mensuales, uno puede esperar que el 65 por 100 de esos clientes regresen al operador. Estos modelos de precios para paquetes de servicios pueden resultar tentadores para que el cliente residencial y de la pequeña empresa acudan al proveedor de servicios. Observe que no todos los proveedores de servicios ofrecerán los equipos (como el PC o los módems). Sin embargo, puede que algunos de los elementos no sean necesarios. Por ejemplo, muchos de los proveedores de WLL incluyen a los suministradores de comunicaciones celulares analógicas y a los suministradores de PCS cuyos recientes anuncios indican que los consumidores pueden quitar sus teléfonos fijos y utilizar el servicio celular o PCS para sus necesidades domésticas o

Innovaciones inalámbricas en banda ancha

245

Tabla 9.6. Planes de servicios individuales frente a los planes de servicios en paquetes (servicios integrados) Oferta de servicio

Precio medio mensual ($)

CATV (cable básico)

8 *

Precio del paquete ($) 100

Servicios de canal extendido

23

Acceso básico al proveedor de servicios de Internet

20

Acceso de datos para Internet a velocidad de marcación manual

25

Tono de marcación para voz

25

Acceso a Internet de alta velocidad a 1+ Mbps

50

35

Servicios típicos de larga distancia

25

15

(PC, módems, teléfono, etc.)

30

30

Plan básico de telefonía celular

50

30

256

210 **

Costes de equipo amortizados mensualmente

Cuota mensual total

* Excluye los servicios de canal solicitado (HBO, tiempo de exposición, etc.) y los servicios de pago por visión. ** El objetivo de los proveedores es ofrecer todos los servicios a aproximadamente 200 $ por mes.

de negocio. Esto es posible y tiene cierto mérito. Así pues, si el consumidor acepta la oferta del proveedor, el operador pierde el ingreso de un servicio mensual de marcación de 25 S. Sin embargo, el coste de la planificación celular aumentará en el número de minutos utilizados, lo que conduce al aumento del coste de ese plan. Esto puede convertirse en un negocio. Otro punto a tener en cuenta es el coste de la infraestructura. Una vez que las compañías de CATV han entregado los servicios de cable básicos, por ejemplo, el coste de cualquier uso añadido o ancho de banda compartido en su infraestructura es normalmente marginal. Así pues, el beneficio y el aumento es mucho mayor. Los operadores de cable entienden la ventaja de la integración de servicios y ahora los operadores de WLL están aprendiendo muy rápido.

¿Qué hay del ancho de banda? El ancho de banda necesario para cada uno de estos servicios modifica bastante las reglas. Muchas de las redes troncales de los proveedores WLL no tienen suficiente ancho de banda para soportar cierto número de usuarios y servicios de alta velocidad. Por esta razón, puede que la unión entre proveedores se produzca antes de lo esperado. Si un proveedor de comunicaciones celulares une fuerzas con un suministrador de comunicaciones WLL por microondas, se asegura el ancho de banda para las necesidades de comunicaciones fijas a la puerta mientras que el proveedor celular maneja las demandas del usuario transeúnte. Estas combinaciones y permutaciones pueden ser muy complicadas conforme se amplía el número de proveedores y los servicios que ofrecen cambian en algún sentido. Lo interesante será ver cómo el mercado entero se agota ante unas previsiones de existencia de entre cinco y siete proveedores dominantes, el resto serán absorbidos o fracasarán.

246

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

ENTRADA DE LOS SERVICIOS DE DISTRIBUCIÓN LOCAL MULTIPUNTO (LMDS) Los Servicios de distribución local multipunto (LMDS, Local Midtipoint Distribution Services), como su nombre indica, constituyen una tecnología inalámbrica de banda ancha que se emplea para ofrecer diversos servicios de comunicación en una zona localizada. Los servicios posibles con LMDS incluyen: ■ ■ ■ ■

Servicios de voz por marcación manual. Datos. Acceso a Internet. Vídeo.

Justo cuando los proveedores estaban acostumbrándose al campo de batalla entre el LEC titular (ILEC, Inciimbent LEC) y los nuevos proveedores, en todo el mundo se desocupó el espectro RF para soportar el acceso y los servicios puenteados. Habitualmente, los servicios operan en el espectro de radiofrecuencias por encima de 25 GHz, dependiendo de las licencias y del espectro controlado por los organismos reguladores. Estos servicios funcionan como un método de acceso inalámbrico de banda ancha punto a punto, capaz de proporcionar servicios bidireccionales. Debido a que LMDS opera en las frecuencias más altas, las señales radioeléctricas están limitadas aproximadamente a 5 millas de servicio punto a punto. Este modo de funcionar tiene cierto parecido con los sistemas celulares en cuanto a la manera en que los operadores trazan sus operaciones y sus células. En la Figura 9.11 se muestra el concepto de una arquitectura LMDS desde la perspectiva del suministrador que oferta el servicio al usuario. Esta Figura se basa en la premisa de que el servicio se fuerza a un área localizada3.

EL ARGUMENTO DETRÁS DE LMDS La comunicación fija punto a punto por microondas ha estado en uso durante décadas en el entorno del bucle local. Muchas organizaciones (negocios individuales, empresas de servicio público, etc.) requerían acceso dedicado a sus propias instalaciones de red privadas o a un Punto de presencia (POP, Point of Presence) del operador. Puesto que se aproximaba al ILEC, el coste de hacer funcionar servicios de alta velocidad a la puerta del consumidor empresarial normalmente era prohibitivo. Por lo tanto, el cliente empresarial solicitaba espectro de frecuencia para instalar su propia infraestructura en la última milla. La conexión normalmente utilizaba frecuencias sensibles a la distancia en una banda de frecuencias aparte, como se indica en la Tabla 9.7. Los métodos de acceso fijo que en el pasado utilizaban las microondas presentaban los siguientes problemas: Las ordenanzas locales eran desfavorables al uso de la tecnología. Los organismos reguladores presentaban diversas restricciones. Las autoridades federales limitaban el uso. El coste de la construcción de las torres era alto. El coste de la seguridad para el emplazamiento era alto. 3 Ocasionalmente, en zonas no congestionadas y poco pobladas, las señales se transmiten en zonas de cobertura mucho más amplias, similares a las de otras tecnologías inalámbricas. Esta referencia a las 5 millas es dentro de zonas muy pobladas en donde se encontrarán los obstáculos.

248

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Tabla 9.7.

Distancias, bandas y funcionamientos típicos de las microondas

Bandas de frecuencias

Distancias

Uso

2-6 GHz

30 millas

Comercial, servicio público, funcionamiento fijo, televisión

10-12 GHz

20 millas

Comercial, servicio público, funcionamiento fijo, televisión

18 GHz

7 millas

Negocio, funcionamiento fijo limitado

23 GHz

5 millas

Negocio, funcionamiento fijo limitado

25 GHz y más

3-5 millas Negocio, funcionamiento puenteado

■ ■ ■ ■ ■

La potencia local y otras utilidades no estaban fácilmente disponibles. El coste del equipamiento era muy elevado. Los costes de mantenimiento eran innecesariamente elevados. Se requerían técnicos titulados de la FCC para realizar el mantenimiento4. Las frecuencias de visibilidad directa no estaban fácilmente disponibles.

Cada una de estas áreas limitaba en algo las demandas de capacidad del usuario final para acceder a los sistemas fijos punto a punto de microondas. Las organizaciones grandes podían justificar económicamente el uso de este servicio porque sus necesidades eran más exigentes. Sin embargo, las organizaciones pequeñas tenían que depender de métodos u oficinas de servicio alternativo que proporcionaran el acceso a una tarifa reducida. Sin embargo, desde la perspectiva del operador, la ecuación cambia rápidamente. Con los servicios LMDS, un proveedor nuevo puede instalar los sistemas con más rapidez debido al competitivo ambiente que se introduce por todo el mundo. Los monopolios ya no mandan o dictan cómo será la conectividad local. Los nuevos proveedores pueden alcanzar los beneficios del mundo LMDS a través de: ■ Menor coste de entrada al mercado. ■ Los costes se aplazan para cuando se necesitan los servicios. Esto desplaza los precios a costes variables asociados con la demanda a diferencia de los incrementos de tamaño fijos. ■ El retorno de la inversión se logra con mayor rapidez, lo cual anima al proveedor a entrar en el mercado. ■ Menor riesgo de pérdida de clientes que dejan al operador estancado con las enormes inversiones. ■ La facilidad de instalación y la autorización hacen posible una instalación más rápida. ■ Los servicios y equipos del estándar minimizan la obsolescencia y las soluciones propietarias. Los operadores parecen haber encontrado el nirvana de la tecnología y del beneficio financiero en una única solución. Los temas reales comienzan a trabajar en torno a la necesidad, la demanda y al método de entrega. No todos los sistemas se implementan exactamente igual, así que el operador todavía tiene algunas opciones que permiten una flexibilidad incluso mayor en la entrega del ancho de banda a la puerta.

4

Referido a las operaciones en Estados Unidos. En otros países prevalecen requisitos similares (como CRTC en Canadá y PTT en otras partes del mundo).

Innovaciones inalámbricas en banda ancha

249

ARQUITECTURAS DE RED DISPONIBLES PARA LOS OPERADORES Los medios de instalación proporcionan al operador opciones según ya se ha indicado. El volumen de los operadores probablemente se estandarizará para sus clientes en una conectividad directa punto a punto. La distribución de televisión punto a punto también puede proporcionarse a través de servicios LMDS. Esto aumenta el atractivo del suministrador LMDS al añadir a la capacidad de distribución de televisión otros servicios deseables por el usuario final como son la voz, los datos (IP) y las aplicaciones multimedia. La arquitectura LMDS prestará a sí misma los servicios punto a punto. Los principales componentes que constituyen el sistema LMDS son los siguientes: ■ Centro de operaciones de red (NOC, Network Operations Center). Contiene todas las funciones de administración de todos los componentes de una gran infraestructura. ■ Infraestructura de cable. Normalmente fibra óptica para conectar los componentes de LMDS a las redes privadas y públicas conmutadas. El cableado consiste en T1/T3 u OC-1, OC-3 u OC-12 que conectan las redes troncales de ATM e Internet. ■ Estación base. Es donde tiene lugar la conversión de las radiofrecuencias a la fibra óptica. La modulación de la señal a través de las ondas del aire también ocurre aquí. ■ Equipos del cliente. Para satisfacer las demandas del cliente, estos equipos pueden variar de un usuario a otro y según el proveedor. La arquitectura también varía en la modulación de las señales RF (ondas) basada en la estrategia elegida por el proveedor. Los dos métodos principales de utilización de la tecnología son para manejar una interfaz analógica con el Acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA, Frequency División Múltiple Access) o manejar una interfaz digital con el Acceso múltiple por división de tiempo (TDMA, Time División Múltiple Access). La opción varía según la densidad en los sectores a los que se da servicio, las opciones financieras disponibles y la calidad deseada. La implementación más común para dar servicio al cliente es la técnica FDMA. El uso de FDMA proporciona mejor cobertura y densidad a las aplicaciones que se sirven y utiliza una técnica de modulación que satisface las demandas del sistema.

TCP/IP SOBRE LMDS La transmisión por radio en una red IP es particularmente atractiva para los nuevos proveedores que entran en el mercado de las telecomunicaciones. Debido a que estos proveedores no tienen una infraestructura cableada y a que tendrán que negociar con el LEC titular para ganar el acceso, los proveedores ven a LMDS y WLL como su principal salvación. Además, la infraestructura inalámbrica permite al proveedor soportar usuarios IP móviles y fijos simultáneamente. Las principales desventajas incluyen la degradación del clima y los requisitos que exigen las condiciones de visibilidad directa. Para ser competitivo, los requisitos de la red de acceso radio de banda ancha son: ■ Bajo coste del módem, comparable al coste del cobre. ■ Capacidad total de compartición de hasta varios megabits por segundo por célula (ancho de banda bajo demanda). ■ Eficiencia del ancho de banda que permitirá el máximo de usuarios para la transmisión de datos.

250

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

■ Muy flexible para soportar las demandas del futuro (voz, datos, vídeo y multimedia) en un formato particularizable al abonado. ■ Estándares de red flexibles que permitan un ancho de banda mayor o su reconfiguración en el aire. La mayoría de los sistemas implementados se basan en arquitecturas de red punto a punto. Cada sistema de radiocomunicación tiene su propia capacidad que utiliza múltiplos de 2 Mbps. A medida que la industria madura, la implementación del futuro estará basada en tecnología WLL sobre ATM y redes que soporten variaciones en las entradas de datos del usuario. En la actualidad, los sistemas LMDS disponen de este tipo de ancho de banda para la transmisión de datos. MMDS se desarrolló sobre todo para entregar servicios CATV en lugar de servicios multimedia interactivos. Así pues, LMDS es más conveniente para proporcionar comunicaciones de banda ancha de datos sobre comunicaciones inalámbricas. Los comités de estándares del IEEF, han adoptado el estándar 802.16, que incluye LMDS entre otros sistemas. Éstos operan en la banda de frecuencias de 30 GHz y soportan velocidades que oscilan entre 2 Mbps y 155 Mbps. Sin embargo, para soportar las arquitecturas TCP/IP estándar, la potente codificación y transmisión de los servicios LMDS permiten conseguir sintonizar mejor. Uno debe estar informado de las consecuencias de utilizar TCP sobre redes inalámbricas fijas y de la necesidad de mantener constante la pérdida y la fiabilidad del paquete de lo contrario las redes TCP se vuelven virtualmcnte inútiles. Los estándares de red no fiables para comunicaciones inalámbricas se pueden mejorar con un sistema radio LMDS. Los sistemas inalámbricos de banda ancha pueden soportar velocidades desde 2 Mbps hasta 64 Mbps en una red de satélites; junto con las arquitecturas de LMDS, en la actualidad se logran velocidades por encima de 155 Mbps. Estos sistemas cuestan un promedio de 30 a 60K $ por cada extremo, pero disminuyen con rapidez conforme aumenta su uso. A medida que se progrese en el futuro, estarán disponibles velocidades que sobrepasen los 622 Mbps a través de sistemas inalámbricos que utilicen las condiciones ópticas del espacio libre y los sistemas ópticos por infrarrojos. Los sistemas ópticos sustitutos están acercando los costes de acceso al mismo precio que los servicios de comunicaciones fijas. Un acceso OC-12 (622 Mbps) será menos costoso de instalar que un enlace de fibra óptica. El coste de la fibra óptica puede estar entre 100.000 y 250.000 dólares por milla de instalación (incluyendo todo el proceso de zanjas y permisos), mientras que el coste de un sistema radio/óptico estará aproximadamente entre 30 y 40K. $ por milla. Por otra parte, los sistemas ópticos sustitutos soportarán velocidades actuales (en los laboratorios) de hasta 2,4 Gbps y ascenderán sin parar al rango de 10 Gbps en los próximos dos o tres años. Éstos serán más económicos a medida que avance el tiempo, pero actualmente han despertado grandes expectativas en los nuevos proveedores que no están interesados en la construcción de una infraestructura cableada. Las aplicaciones aún no son capaces de utilizar las capacidades de esta forma de caudal de tráfico. Sin embargo, las futuras redes multimedia las saturarán. ¡Esto sólo es el principio!

Capítulo 10 ESTÁNDARES INALÁMBRICOS EMERGENTES

ESTÁNDARES INALÁMBRICOS Las comunicaciones inalámbricas continúan su desarrollo por todo el mundo. Diferentes comités de normalización trabajan para integrar la arquitectura inalámbrica en todos los pliegues de la red. ¡Prepárese! Mientras que la convergencia de la tecnología inalámbrica e Internet continúa a un ritmo vertiginoso, las nuevas posibilidades creadas por las tecnologías 3G y 4G aparecen sin hilos. Para prepararse para esa revolución, los operadores existentes de TDMA deben evolucionar sus redes para sacar provecho de las aplicaciones móviles multimedia y del cambio final hacia una arquitectura completamente IP. Una manera de hacerlo es a través de la evolución del Servicio general de radiocomunicación por paquetes (GPRS, General Packet Radio Service). Sin embargo, poco después de la instalación de GPRS, algunos operadores continúan el siguiente paso del proceso de evolución, es decir, preparan el sistema de Tasa de datos mejorada para la evolución de GSM (EDGE, Enhanced Data Rales for GSM Evolution). Con EDGE, las redes TDMA existentes pueden soportar una gama de nuevas aplicaciones, como son las siguientes:  Correo electrónico en línea.  Acceso a la Red mundial (WWW, World Wide Web).  Servicios de mensajes cortos mejorados.  Imágenes con gráficos o fotos al instante.  Servicios de vídeo.  Compartir de información/documentos.  Vigilancia.  Mensajería vocal vía Internet.  Radiodifusión. Al mismo tiempo, algunos operadores omiten el paso hacia EDGE y van directamente hacia el Sistema universal de telecomunicaciones móviles (UMTS, Universal Motile Telecommunications Services) o lo que se considere como tecnología de tercera generación (3G). Los pasos se muestran en la Figura 10.1, que dependerán del modo de proceder que elijan los operadores. La Figura 10.2 muestra en una ventana de tiempo la evolución de las comunicaciones inalámbricas hacia los sistemas 3G, que se basa en la evolución de las diversas técnicas que emergieron en los últimos años.

GPRS Los aspectos más importantes de GPRS probablemente son que permite la posibilidad de transmitir datos a 170 Kbps, que está basado en paquetes y que soporta los principales protocolos de comunicaciones de datos (IP y X. 25). 253

254

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

GPRS funciona a velocidades mucho más altas que las de las redes actuales, lo cual proporciona ciertas ventajas desde una perspectiva software. En la actualidad, el software intermedio (middleware) debe ser inalámbrico para permitir a los clientes móviles de velocidad lenta trabajar con redes rápidas para usos como el correo electrónico, las bases de datos, el trabajo en grupo o el acceso a Internet. Con GPRS, el software intermedio inalámbrico probablemente no es necesario, lo cual permite desplegar soluciones con mayor facilidad. Aunque las aplicaciones inalámbricas actuales están orientadas a texto, el elevado caudal de tráfico de GPRS finalmente produce contenidos multimedia, que incluyen gráficos, voz y vídeo. Imagínese participando en una videoconferencia mientras espera su vuelo en el aero-

Estándares inalámbricos emergentes

255

puerto (situación imposible de plantearse con las redes de datos de hoy en día). La siguiente ilustración muestra el uso de dispositivos portátiles con conexiones de alta velocidad para comprobar horarios.

¿Por qué la tecnología de paquetes es tan importante? Porque las redes de paquetes proporcionan una conexión sin interrupciones e inmediata a Internet o intranets corporativas, que permite el acceso a aplicaciones de Internet ya existentes, tales como el correo electrónico y la navegación Web sin necesidad de marcación manual (dial-up) al ISP. La ventaja de un planteamiento de paquetes es que GPRS sólo utiliza el medio, en este caso el enlace radio, cuando se envían o se reciben datos. Muchos usuarios pueden compartir de manera muy eficiente el mismo canal radio. En cambio, con las conexiones por conmutación de circuitos, los usuarios tienen conexiones dedicadas durante toda la llamada, incluso si no están enviando datos. Muchas aplicaciones tienen períodos de inactividad durante la sesión. Con los paquetes de datos, los usuarios sólo pagan por la cantidad de datos que realmente transmiten y no por el tiempo de inactividad. De hecho, los usuarios GPRS podrían estar conectados «virtualmente» durante horas y sólo experimentar costes modestos. Aunque los sistemas de paquetes de datos funcionan bien con todos los tipos de comunicaciones, éstos son especialmente apropiados para la transmisión frecuente de pequeñas cantidades de datos. Nos referimos a una transmisión corta y a ráfagas, como el correo electrónico y las entregas (servicio de vehículos y de campo) en «tiempo real». El paquete es igualmente apropiado para numerosas operaciones por lotes y otras aplicaciones que implican transferencias de ficheros grandes. Sin embargo, el coste de las transferencias de ficheros grandes puede resultar muy caro comparado con el de las transmisiones de datos por conmutación de circuitos. GPRS soporta el Protocolo de Internet (IP, Internet Protocol) así como el protocolo X.25. El soporte de IP cada vez es más importante a medida que las compañías ven a Internet como una manera para que sus trabajadores remotos accedan a intranets corporativas. Esto es cierto cuando se utiliza VPN. En ese caso, GPRS funciona bien debido a que su Protocolo de túneles GPRS (GTP, GPRS Tunneling Protocol) protege los datos móviles mientras que se encuentran de tránsito en redes inalámbricas y a que las transferencias de IPsec pueden utilizarse cuando se transita por las redes fijas. El protocolo GTP se muestra en la Figura 10.3. IP es omnipresente y familiar, pero ¿qué es X.25 y por qué es un soporte importante? X.25 define un sistema de protocolos de comunicación que, con anterioridad a Internet, constituyeron la base de las mayores redes de datos por paquetes del mundo. Estas redes X.25 todavía se utilizan, especialmente en Europa y Oriente lejano. El acceso inalámbrico a estas redes beneficiará a muchas organizaciones. Cualquier aplicación existente de IP o X.25 ahora podrá funcionar sobre una conexión celular GSM. Piense en las redes celulares con servicios GPRS como extensiones inalámbricas de las redes existentes de Internet y X.25 similares a una co-

256

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Figura 10.3.

GTP con VPN.

nexión de red de área local (LAN, Local Área Network). Al igual que una conexión LAN, una vez que una estación móvil GPRS se registra en la red, ya está preparada para enviar y recibir paquetes. Un usuario con un ordenador portátil podría trabajar en un documento sin andar continuamente pensando en conectarse y podría recibir automáticamente un nuevo correo electrónico —aunque en la actualidad no está disponible al 100 por 100, se va acercando--. El usuario puede decidir continuar trabajando en el documento y entonces, media hora más tarde, leer el mensaje del correo electrónico y responderlo. Durante todo este tiempo, el usuario ha tenido una conexión de red que nunca ha requerido marcación manual. Es más, algunas versiones de los terminales GPRS permiten la comunicación de voz y datos simultáneos. El usuario puede recibir o realizar llamadas durante una sesión de datos. Puesto que hay un retardo mínimo antes del envío de datos, GPRS es ideal para aplicaciones como: ■ ■ ■ ■ ■ ■

Sesiones de comunicaciones prolongadas. Comunicaciones de correo electrónico. Charla en tiempo real (chat). Consultas a bases de datos. Despacho. Actualizaciones bursátiles.

Además, GPRS eliminará muchos de los obstáculos del uso de aplicaciones multimedia, gráficas y Web debido al aumento del caudal de tráfico. Los usuarios móviles utilizarán con facilidad aplicaciones Web de alto contenido gráfico para obtener direcciones (búsquedas de mapa). Como se observa en la Figura 10.4, la pila de protocolos soporta diversas interfaces y enlaza múltiples redes. Puesto que GPRS soporta protocolos de transporte de red estándar, la configuración de ordenadores que funciona con GPRS es muy directa. En el caso de las comunicaciones IP, uno puede utilizar pilas de protocolos TCP/IP existentes. Las pilas TCP'IP también están disponibles para la mayoría de las demás plataformas. Con todos los progresos que hay en el área de ios ordenadores portátiles, es de esperar que una multitud de plataformas hardware se aproveche de GPRS:

Estándares inalámbricos emergentes

257

■ Ordenadores portátiles conectados a teléfonos celulares con GPRS o módems externos, como se observa en la segunda ilustración.

■ Ordenadores portátiles con tarjetas módem con capacidad GPRS, como se muestra en la tercera ilustración, que utilizan una tarjeta PCMCIA con una antena externa.

■ Teléfonos inteligentes (Smart phones) que disponen de la capacidad de pantalla completa. ■ Teléfonos celulares que emplean mtcronavegadores para el Protocolo de aplicaciones inalámbricas (WAP, Wireless Application Protocol). ■ Equipamiento dedicado con capacidad GPRS integrada, por ejemplo, tarjetas de crédito móviles. GPRS coincide con el desarrollo de otra tecnología importante: ¡a que sustituye la conexión de cable a un teléfono celular por un corto enlace radio, la tecnología denominada «Bluetooth»

258

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

EDGE Más allá de GPRS, EDGE conduce a la comunidad celular hasta un punto más cercano a UMTS. Proporciona tasas de datos mayores que GPRS e introduce un nuevo esquema de modulación denominado Modulación por desplazamiento de fase de ocho estados (8-PSK, 8 Phase Shift Keying). La comunidad TDMA también adoptó EDGE para su migración a UMTS. Las tasas de datos asignadas a EDGE comienzan en 384 Kbps como parte de una segunda fase de GPRS. EDGE utiliza las mismas técnicas de modulación que muchas de las infraestructuras TDMA existentes que emplean la Modulación digital gaussiana por desplazamiento mínimo (GMSK, Gaussian Mínimum Shift Keying). Además, EDGE utiliza una combinación de FDMA y TDMA como métodos de control del acceso múltiple. Si se mira desde el modelo de pila OS1, EDGE utiliza FDMA y TDMA en la capa MAC (mitad final de la Capa 2 de OS1). La pila de protocolos para EDGE se muestra en la Figura 10.5. Las separaciones de los canales son 45 MHz y la portadora tiene una capacidad de canal de 200 KHz, igual que en GSM y GPRS. El número de intervalos de tiempo TDMA en cada portadora también es el mismo (es decir, 8) que en la arquitectura GSM y GPRS. Cuando una estación móvil desea transmitir sus datos, puede solicitar y utilizar desde uno hasta ocho intervalos de tiempo de la trama TDMA. La conectividad se maneja a través de la red de datos de conmutación de paquetes tal como IP y X.25. Pueden ser redes de datos públicas o privadas. Aunque la mayoría de operadores y proveedores de servicios tienen planes para desplegar servicios móviles inalámbricos mejorados a velocidades más altas, la implantación comercial de la tecnología de transporte inalámbrica de banda ancha todavía se enfrenta a muchas posibilidades. Como nota positiva, cabe citar que bastará con que se produzca una amplia demanda para poder soportar mejoras celulares como son los servicios de datos de alta velocidad y la capacidad de voz ampliada. Las presiones competitivas también obligarán a los suministradores de servicios a actualizarse. La ITU-R en realidad ha establecido cinco estándares diferentes que pertenecen a la categoría 3G/UMTS. Por otra parte, la industria de las telecomunicaciones

Figura 10.5.

Pila de protocolos de EDGE.

Estándares inalámbricos emergentes

259

está cada vez más impaciente por poner a prueba en los mercados los servicios de comunicación inalámbrica de banda ancha. La iniciativa IMT-2000 de la ITU puede que algún día converja, pues algunas propuestas 3G aún están bajo consideración incluidas las siguientes: ■ ■ ■ ■

cdma2000 (actualización de cdmaOne). Sistema universal de telecomunicaciones personales (UMTS). CDMA de banda ancha (W-CDMA, Wideband-CDMA). Comunicaciones universales inalámbricas (UWC-136, Universal Wireless Communications).

UWC-136 se basa en TDMA al igual que el sistema GSM en Europa, los Sistemas celulares digitales (PDC, Personal Digital Cellular) en Japón y el Sistema de telefonía móvil avanzado digital (D-AMPS, Digital Advanced Motile Phone System) utilizado en los Estados Unidos Los proveedores de los servicios existentes 2G ya tienen licencias de operación para las redes 3G en todo el mundo. Aunque está confuso qué tecnologías 3G serán adoptadas, la mayoría de las mejoras de 2,5G se centran en GPRS y el sistema de Datos por conmutación de circuitos a alta velocidad (HSCSD, Jiigh Speed Circuit Switched Data), las cuales ya consideran algunos operadores de la red GSM. Además, se planean las extensiones de la modulación de EDGE, lo que permitirá a los proveedores de servicios ofrecer un rendimiento incluso superior, que proporcionará verdaderos servicios 3G. Actualmente, la ITU adopta varios de los esquemas propuestos para lograr la visión 3G de IMT-2000. Por parte de los proveedores TDMA de 2G de GSM y del Sistema celular dual norteamericano (NADC, North American Dual-Mode Cellular), las mejoras internas vendrán en la forma de GPRS, HSCSD e IS-136+, y a la larga convergerán en EDGE que alcanzará la siguiente mejora del caudal de tráfico (a 384 Kbps) antes de que llegue 3G.

¿Qué hay de especial en EDGE? EDGE es un nuevo esquema de modulación que ofrece un ancho de banda más eficiente que la modulación GMSK empleada en el estándar GSM. Proporciona una estrategia de migración prometedora para HSCSD y GPRS. La tecnología define una nueva capa física: la modulación 8PSK en lugar de GMSK. La modulación 8-PSK permite que cada pulso transporte 3 bits de información frente a la tasa de 1 bit por pulso de GMSK. En consecuencia, EDGE tiene el potencial para incrementar por un factor de tres la tasa de datos de los sistemas GSM existentes. EDGE conserva otros parámetros de GSM, incluidos la longitud de la trama, ocho intervalos de tiempo por trama y una tasa de símbolo de 270,833 KHz. La separación de 200 KHz de los canales GSM también se mantiene en EDGE, que permite el uso de las bandas de espectro existentes. Es probable que este hecho estimule el despliegue de la tecnología EDGE a escala global.

UMTS El Sistema universal de telecomunicaciones móviles (UMTS) es una parte de la visión «IMT2000» de la Unión Internacional de las Telecomunicaciones (ITU, International Telecommunications Union) de una familia global de sistemas de comunicaciones móviles 3G. UMTS desempeñará un papel clave en la creación del mercado de masas del futuro para las comunicaciones inalámbricas de contenidos multimedia de alta calidad, que se acercará a los 2.000 millones de usuarios en el año 2010.

260

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

UMTS es un concepto modular que tiene en cuenta la tendencia de la convergencia de las redes de información existentes y futuras, los dispositivos y los servicios, y también considera las sinergias potenciales que se derivan de tal convergencia. UMTS impulsará las comunicaciones móviles desde la posición actual hasta los servicios 3G y entregará directamente a la gente en movimiento voz, datos, dibujos, gráficos, videocomunicaciones y otra información de banda ancha. UMTS es uno de los nuevos principales sistemas de comunicaciones móviles 3G que se desarrollan en el marco de trabajo definido por la ITU y conocido como IMT-2000. En la última década, UMTS ha ganado el apoyo de muchos operadores y fabricantes importantes de las telecomunicaciones porque representa una oportunidad única para crear un mercado de masas para el acceso móvil altamente personalizado y amigable de la sociedad inalámbrica del mañana. UMTS se desplegará y ampliará la capacidad de las tecnologías móviles actuales (como la tecnología celular digital) proporcionando un aumento de la capacidad, una capacidad de datos y una gama de servicios mucho mayor. El lanzamiento de los servicios de UMTS verá la evolución de un universo nuevo, abierto a las comunicaciones, con participantes procedentes de muchos sectores que cooperan para entregar nuevos servicios de comunicación, caracterizados por la movilidad y las capacidades avanzadas multimedia. Para que el despliegue de UMTS tenga éxito serán necesarias nuevas tecnologías, nuevas sociedades y el tratamiento de muchos asuntos comerciales y reguladores. UMTS abrirá al trabajador las puertas del conocimiento del mañana, facilitará la entrega de información de banda ancha de alto valor, servicios de comercio y de entretenimiento a través de redes fijas, inalámbricas y por satélite. UMTS acelerará la convergencia entre la voz, los datos y los contenidos multimedia para entregar nuevos servicios y para crear nuevas oportunidades de generar ingresos. UMTS proporcionará comunicaciones móviles baratas, de gran capacidad que ofrezcan tasas de datos de hasta 2 Mbit/seg con itinerancia global y otras capacidades avanzadas. En los próximos años verá la aparición de las redes 3G para realizar servicios multimedia completamente móviles. La conectividad a Internet en cualquier momento y en cualquier lugar es sólo una de las oportunidades que ofrecen las redes 3G. La principal ventaja para el mercado se basa en el establecimiento de una red móvil que proporciona lo siguiente: ■ ■ ■ ■

Mensajería de grupo. Servicios de localización (GPS). Información personalizada. Infoentretenimiento.

Muchos nuevos servicios 3G no estarán basados en Internet; serán servicios verdaderamente únicos de la movilidad. Los datos dominarán cada vez más los flujos del tráfico. La latente demanda reprimida de los servicios móviles de datos iniciará el comienzo de las redes 3G. Para el año 2005, sobre las redes móviles circularán más datos que voz. Estos pronósticos son asombrosos si se considera que las redes celulares móviles de hoy en día son casi exclusivamente de voz.

INTERNET MÓVIL: UN ESTILO DE VIDA Internet móvil está a punto de incorporarse a nuestras vidas diarias. Cambiará la manera de contactar con los amigos y familiares, la manera de hacer negocios, la manera de comprar, la manera de acceder al entretenimiento y la manera de manejar las finanzas personales. Para la mayoría de nosotros, Internet ya es parte de la vida diaria, dándonos el acceso a una extensa gama de información y de servicios en línea desde nuestros ordenadores de sobre-

Estándares inalámbricos emergentes

261

mesa. Como forma de dirigir el negocio, también es de gran importancia para la economía global. A diferencia de la actual Internet fija, Internet móvil proporcionará el acceso a estos servicios y aplicaciones desde los dispositivos móviles personales, en cualquier lugar, siempre que se desee. Para 2004 habrá alrededor de 600 millones de usuarios de servicios de Internet móvil. Esto significa que más gente utilizará Internet móvil que Internet fijo. El mercado ya está despegando. El diagrama de la Figura 10.6 representa los abonados 3G estimados para el futuro. En todo el mundo se envían de 8.000 a 10.000 millones de mensajes SMS. En Japón, hay más de 10 millones de usuarios del servicio i-Mode —el cual es comparable con el servicio básico WAP— y cada semana se añaden otros 150.000 nuevos usuarios i-Mode. En unos años, nos preguntaremos cómo éramos capaces de manejarnos sin Internet móvil; será una parte imprescindible de nuestras vidas diarias. Nos proporcionará más oportunidades para mantener el contacto con los amigos, la familia y los colegas; para tomar decisiones de negocio rápidas y estar bien informados; para acceder al instante a la información y a los servicios, y nos permitirá comprar las cosas que necesitemos o deseemos; todo en la mano, un dispositivo de bolsillo. Es de esperar ver los siguientes tipos de servicios 3G: ■ Infoentretenimiento a medida. ■ Servicio de mensajería multimedia. ■ Acceso a Intranet/Extranet móvil. ■ Acceso a Internet móvil. ■ Servicios de localización. ■ Voz enriquecida. Voz enriquecida. Servicio 3G en tiempo real y bidireccional. Proporciona capacidades de voz avanzadas (como Voz sobre IP [VoIP], acceso de red por activación vocal y llamadas de voz iniciadas desde la Web), mientras que aún ofrece las tradicionales características de voz móvil (como servicios del operador, directorio de asistencia e itinerancia). A medida que el servicio madure, incluirá comunicaciones móviles multimedia y videotelefonía. Actualmente, la cadena de valor de la red móvil se centra en el operador de red que captura más del 90 por 100 de los ingresos del mercado, dominado por los ingresos debidos a los servicios basados en voz. Sin embargo, está ampliamente reconocido que el avance de la tecnología, el crecimiento de los servicios de Internet y las nuevas demandas del usuario final están desafiando a esta tradicional cadena de valor. La nueva cadena de valor tendrá nuevos jugadores y nuevas entidades, y muchos operadores de red ya están adoptando nuevas estrategias de negocio para ampliar su papel y defender su

2000

2005

2010

Figura 10.6. Número de abonados 3G en todo el mundo expresado en millones.

262

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

competitividad. El proveedor de servicios multimedia será uno de los participantes clave en la cadena de valor multimedia. Los ingresos se desviarán cada vez más a otros participantes del mercado además de los tradicionales. El éxito de 3G no procederá sólo de la mera combinación de los dos fenómenos de éxito existentes, la movilidad e Internet. El verdadero éxito de 3G surgirá de la creación de nuevas capacidades del servicio que genuinamente satisfacen una necesidad del mercado. El satisfacer la demanda del mercado no es una simple cuestión de la funcionalidad tecnológica, de la capacidad y del servicio. El crear y resolver la demanda del mercado requiere servicios y dispositivos con unos precios fijados a niveles aceptables. Esto exige que se presenten economías de escala. La capacidad de beneficiarse de las economías de escala es uno de los conductores más fuerte del mercado para los servicios 3G. El Acceso radio terrestre universal (UTRA, Universal Terrestrial Radio Access) ahora incluye ambos componentes de IMT-2000, la Secuencia directa y el Código de tiempo, y de esta forma se integra el modo de acceso FDD conocido previamente como WCDMA, así como los modos TDD conocidos antes como TD-CDMA y TD-SCDMA. UTRA es aplicable a los principales mercados de Europa, China, Corea del Sur y Japón. UMTS promete economías de escala significativas. La necesidad de proteger las inversiones existentes de diferentes tecnologías 2G ha cambiado el rumbo hacia un único estándar global. Cuando se añade el acontecimiento significativo de la aparición de Internet, las capacidades adicionales de 3G se centran más en la disposición de las altas tasas de datos para entregar servicios multimedia. La aparición de Internet como recurso de contenidos para el mercado de masas justificó la necesidad de tales capacidades de tasas de datos y cambió el interés hacia las redes de conmutación de paquetes, redes IP. La aceptación general de la industria apoya que finalmente las redes 3G sean completamente IR La solución era la introducción del concepto de la familia de sistemas IMT-2000 para 3G. Una consecuencia de esa solución es que no existe un único estándar global. Sin embargo, el foro de UMTS cree que el progreso de la tecnología, los despliegues operacionales y los requisitos del mercado llevarán hacia la convergencia. Otra consecuencia —importante cuando se consideran las perspectivas del mercado— es que ahora 3G significa diferentes cosas en diferentes partes del mundo. En Europa, 3G se refiere a la tecnología UMTS de la familia IMT-2000, derivada de GSM y desplegada en un espectro nuevo. Un foco importante dentro de la comunidad UMTS se encuentra en las capacidades de itinerancia internacional y en los beneficios potenciales de las economías de escala que se obtienen de un estándar común desplegado por muchos países. Los mismos integrantes de la tecnología se utilizarán en Corea del Sur, China, Japón y en la mayor parte de la región asiática. En los Estados Unidos, la tecnología 3G se refiere a las derivadas de tecnologías 2G existentes, desplegadas en un espectro ya ocupado. 3G en los Estados Unidos se centra más en tasas de datos altas; las capacidades de itinerancia internacional no son una preocupación significativa. Estados Unidos se ha rezagado respecto a otras regiones internacionales en el despliegue de 3G. En Japón y Corea del Sur, 3G significa una ocasión para unirse a la oportunidad mundial. En las tecnologías 2G, GSM tiene actualmente el 65 por 100 del mercado mostrado en la Figura 10.7. Japón ha decidido que su tecnología PDC de 2G no evolucionará hacia 3G pero será sustituida por las tecnologías UMTS/IMT-2000. Las comunidades TDMA y GSM están trabajando en procedimientos de armonización para el planteamiento 3G. El 15 por 100 del mercado mundial actualmente utiliza la tecnología cdmaOne, localizada principalmente en Estados Unidos y Corea del Sur, que tiene un camino de transición hacia IMT-MC, miembro de la familia IMT-2000, pero está limitada al espectro existente. Con los servicios UMTS, los proveedores de todo el mundo utilizarán terminales multibanda más que multimodo —una propuesta mucho más atractiva para los fabricantes de terminales.

Estándares inalámbricos emergentes

GSM

10.7.

cdmaOne

PDC

263

TDMA

Población de usuarios GSM en el mundo.

APLICACIONES DE INTERNET INALÁMBRICO Después de utilizar Internet móvil (inalámbrico) como modelo para las curvas de crecimiento que se han visto, a continuación se citan algunas de las tendencias para las aplicaciones del entorno inalámbrico y 3G: ■ Corte del cordón umbilical. La primera tendencia hace que nuestros habituales servicios en línea sean móviles: «se corta el cordón umbilical» de Internet. Un ejemplo es utilizar un ordenador portátil junto con un teléfono móvil para enviar y recibir correo electrónico o navegar por la Red. Los usuarios pueden acceder a los servicios basados en Internet en el aeropuerto, en un tren o en el parque. ■ WWW de bolsillo. La segunda tendencia que ya ha comenzado trae servicios de Internet a los dispositivos móviles de bolsillo. Las aplicaciones se adaptan especialmente al funcionamiento sobre dispositivos móviles con pequeñas pantallas, por ejemplo, que utilizan WAP. Aunque esta tendencia implica una movilidad completa, conveniente, toda vía se basa en gran parte en los servicios tradicionales de Internet, tales como el acceso en línea a las actividades bancarias, al correo electrónico y a la Web. ■ Movilidad verdadera en Internet. En la tercera tendencia, se observa el potencial completo de Internet móvil. Los servicios, las aplicaciones y el contenido se centran en la movilidad, la localización y la situación del usuario —llega a convertirse en una «situación crítica». Esta inteligencia se puede utilizar para crear servicios altamente valiosos, personalizados. Los dispositivos móviles se convertirán en las herramientas imprescindibles que mejoren nuestras vidas diarias. Los servicios serán relevantes, útiles y oportunos. La Figura 10.8 es un pronóstico del crecimiento que se producirá en el número de dispositivos de Internet inalámbrico en los próximos años.

VISIÓN DE LAS COMUNICACIONES INALÁMBRICAS La convergencia de las comunicaciones de datos de alta velocidad, de las plataformas informáticas móviles «siempre encendidas» y del acceso inmediato a Internet está conduciendo al mayor cambio de la informática móvil desde la llegada de los propios ordenadores. Llegará el día en que el profesional móvil se unirá de forma inalámbrica a la potencia de Internet, sin importar el

264

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Figura 10.8. Figuras del crecimiento de los dispositivos móviles multimedia en Internet.

punto del globo donde se encuentre. Él/ella necesitará el acceso inmediato a las aplicaciones de datos críticas corporativas, personales y públicas, como por ejemplo el correo electrónico, el comercio electrónico, los negocios bursátiles, el tiempo, las reservas de líneas aéreas y de hoteles, las agencias de alquiler de coches y la información de deportes. La comunidad GSM/ GPRS se convierte en el guardián de las verdaderas necesidades del profesional móvil. Habrá una consolidación en los dispositivos mientras que los fabricantes tratan de resolver las necesidades de los clientes a la vez que controlan el coste. Los teléfonos inteligentes y los Asistentes personales digitales (PDA, Personal Digital Assistants) se convertirán en PDA parlantes. Los ordenadores portátiles 3G y los dispositivos 3G para la conexión inalámbrica a la Web, aunque mantienen sus identidades separadas, ambos serán gestionados por dispositivos portátiles para Internet. Como todos los dispositivos 3G, los de conexión inalámbrica a la Web tendrán un ciclo de vida de producto hasta 2010. Puesto que la innovación tecnológica y la demanda del cliente provocan la acumulación de las nuevas capacidades del dispositivo, el dispositivo multimedia 3G o dispositivo de compañía personal 3G se convertirá, a mediados de la década, en la solicitada herramienta de Internet móvil de «todo en uno». Otros han predicho que para el año 2010, habrá un único aparato inalámbrico que cubrirá todas las necesidades. ■ Teléfonos inteligentes/teléfonos WAP. Estos primeros dispositivos proporcionan con tenido y navegación Web. Utilizan sistemas operativos estándares y protocolos nuevos (como Pocket PC y WAP), y pronto se sincronizarán con otros dispositivos (como los teléfonos de sobremesa y los móviles). Mientras que WAP se hace popular y se aprovecha de las altas tasas de datos y de la capacidad de «siempre encendido» que proporciona GPRS, estos dispositivos evolucionarán de forma natural hacia algunos de los primeros dispositivos 3G, con tasas de datos incluso más altas. El teléfono inteligente evolucionará hacia el dispositivo PDA parlante. ■ Asistente digital personal (PDA parlante). ' Aunque hay cabida para una cobertura y una calidad mejorada, hoy en día se puede comprar un PDA que también tiene capacidad para comunicaciones de voz móviles (por ejemplo, módems de radio para GSM, OmniSky). Además de sus calendarios, libros de direcciones y de otras características de organización, estos dispositivos son finos y ligeros de peso. Muchos tienen pantallas a color y están alcanzando con rapidez la potencia del ordenador debido a los diseños de chip de baja potencia, la miniturización de la pantalla y la evolución de los sistemas operativos. Puesto que crecen en capacidad informática mientras que mantienen su factor de forma

Estándares inalámbricos emergentes

265

portátil, los PDA continúan distinguiéndose de los ordenadores portátiles 3G como soluciones menos costosas, menos potentes. Los ejemplos son numerosos con Palm, Casio, HP y otros que transportan paquetes. La combinación del teléfono Kyocera y PDA es un nuevo giro en la tendencia hacia el dispositivo PDA. ■ Ordenadores portátiles 3G (dispositivos portátiles para Internet). Los ordenadores portátiles actuales tienen módems y tarjetas de memoria para ordenador personal (PCMCIA, Personal Computer Memory Card Internacional Association) que permiten las comunicaciones inalámbricas. Continúan haciéndose cada vez más pequeños, más ligeros y con más capacidad de procesamiento. Con el ancho de banda ofrecido en 3G, estos potentes ordenadores portátiles prosperarán en el futuro en cuanto a los gráficos personalizados, el vídeo bidireccional y las transferencias de fichero grandes. ■ Dispositivos 3G para la conexión inalámbrica a la Web (dispositivos de Internet portátil). En 2000 aparecen los Wireless Web Tablets, estos dispositivos ofrecen el acceso móvil a Internet desde la conexión en casa y proporcionan cierta movilidad con una conexión inalámbrica corta. Son dispositivos de bajo coste, peso ligero y finos, aparatos para Internet que ofrecen correo electrónico, acceso robusto a Internet y navegación Web. Finalmente, conseguirán el acceso móvil completo y la sincronización con otros dispositivos a través de un espectro 3G más potente. ■ Dispositivo multimedia 3G (dispositivo de compañía personal). Las actuales y lentas conexiones basadas en un bajo ancho de banda generan imágenes de vídeo «espasmódicas». Las técnicas de compresión no pueden superar la necesidad de velocidad y capacidad. 3G responderá a este problema en el mundo móvil. Hay muchas visiones de los últimos dispositivos 3G, desde los que dicen que evolucionarán a partir de los teléfonos a otros que consideran que evolucionarán a partir de los ordenadores. Puesto que habrá diferentes servicios 3G que traten necesidades específicas del usuario, todos los dispositivos anteriores se desarrollarán desde ambos mundos. Sin embargo, habrá una necesidad de un dispositivo potente que consiga la calidad VoIP, el acceso completo a Internet y el vídeo bidireccional. Para entender el papel que desempeñarán los servicios inalámbricos de la siguiente generación en el entorno más amplio de la tecnología, es importante entender el estado actual de la industria de Internet y de otras tecnologías que forman parte de su desarrollo. Internet evoluciona a partir de un medio barato que ofrece anuncios, comercialización y soporte al cliente hacia una plataforma común para aplicaciones de transacciones y negocios. Al mismo tiempo, los progresos tecnológicos y comerciales están mezclando juntos a la información, las comunicaciones, el comercio y el entretenimiento en una gran industria consolidada. Parte de la razón de esta evolución se debe a que cada vez son más los consumidores que acceden a Internet utilizando diversos dispositivos y sobre diversas redes de comunicación. También están cambiando sus modelos de comportamiento y consumo. Además, las herramientas e instalaciones que están disponibles mejoran la experiencia del acceso a Internet del consumidor. El acceso inalámbrico a Internet va a guiar todo el desarrollo de Internet por diversas razones: ■ Las comunicaciones inalámbricas permiten a los proveedores de servicio y de empresas de Internet incrementar su cultura y consumo total del servicio móvil. ■ La movilidad y la inmediatez ofrecida por la comunicación inalámbrica permiten la entrega de contenidos de Internet y la comercialización de productos con independencia de la ubicación. ■ La naturaleza específica del usuario inalámbrico permite que las empresas desarrollen perfiles de clientes que les permitan difundir y distribuir mejor la información de valor añadido a los clientes.

266

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

■ Las utilidades y los servicios de localización proporcionan otro grado de conocimiento del cliente que permite que los negocios de Internet entreguen servicios de un contexto específico que también mejoran la valoración del cliente. Las comunicaciones inalámbricas son una oportunidad única para que las empresas de Internet aprendan más sobre sus clientes, entiendan los modelos de consumo, refuercen sus relaciones con los clientes y proporcionen más servicios personalizados. Este conocimiento es un componente crítico de las estrategias de negocio de Internet y lo que los operadores/ proveedores de servicio ponen sobre la mesa cuando elaboran una solución de Internet completa. Los tipos de usuarios más importantes que utilizan el acceso inalámbrico son los siguientes: ■ Profesionales de negocios. Entre ellos los usuarios móviles en puestos de alto nivel (ejecutivos y directivos). Los servicios utilizados incluirán el acceso a Intranet, mensajería y sistemas de horarios. ■ Gestores de productos. Estos son usuarios móviles con requisitos ocupacionales específicos para grandes volúmenes de información. Los requisitos incluyen el acceso remoto y móvil a la información corporativa y externa. ■ La juventud. A menudo, estos son los primeros en adoptar la tecnología, aquellos que utilizan la mensajería inmediata, juegos y servicios orientados al entretenimiento. ■ Los padres. En muchos países, ambos padres trabajan y comparten las responsabilidades de las tareas del hogar. ■ Ciudadanos mayores. 3G permitirá un soporte electrónicamente más fiable y reducirá los requisitos de los servicios de soporte intensivo como son la monitorización médica, el servicio de localización médica, familiar, de vigilantes y trabajadores sociales.

COMO SE POSICIONA LA INDUSTRIA DEL MÓVIL A la luz de la nueva cadena de negocio, la cuestión es decidir si se proporcionará un canal o tubo IP (IP pipe) inalámbrico para ofrecer un servicio residente en otra parte o si se facilitará una solución interoperable extremo a extremo. El negocio del tubo IP inalámbrico que utiliza los protocolos de túnel se convertirá en una operación de productos básicos, donde el coste, la cobertura y la tasa de datos son los únicos aspectos competitivos. El desarrollo y la cuidadosa preselección de servicios útiles de movilidad basados en Internet y con tarifas competitivas animarán al usuario a que compre servicios UMTS. Está en cuestión la situación de los registros del perfil del abonado, que reflejan las opciones de servicio personalizadas del usuario final: las opciones de filtración del mensaje, la opción de la información móvil y el tipo de dispositivo móvil, correlacionados con el nombre, la dirección de la factura, el número del telefono móvil y la dirección del correo electrónico. Este almacenamiento de datos permitirá ingresos adicionales a través del comercio electrónico y la publicidad selectiva. Los operadores de UMTS tienen tres posibilidades separadas o combinadas: ■ Facturan al abonado sobre la base de la medición de la llamada. Esto hace posible conseguir ingresos significativos a través de un pequeño cobro adicional para los servicios de Internet móvil. Produce el retorno de la inversión antes de que el comercio y la publicidad móviles se hagan factibles. Además del ingreso del tráfico, el operador puede capturar o compartir selectivamente este ingreso con los socios de la cadena de valor en sus propios términos.

Estándares inalámbricos emergentes 267 ■ El operador proporciona transporte de paquetes IP (así se basa GPRS). Todo es necesario para integrar los servicios de Internet con el transporte de red inteligente, voz, datos y servicios de fax. Los descuentos por volumen se convertirán en una posibilidad que va más allá del hecho de mandar la factura según el tiempo de uso. ■ El operador conocerá la localización del abonado utilizando las emergentes tecnologías de posicionamiento celulares. El posicionamiento añade valor al usuario a tra vés de la particularización de la información, como pueden ser los detalles del restauran te más cercano o la conversión automática a voz del correo electrónico del conductor de un coche en movimiento. En el futuro, la información de la localización aumentará enormemente los ingresos. Internet inalámbrico se convertirá en uno de los canales de los proveedores de contenido, y los operadores de redes inalámbricas se unirán en los valores del servicio. Las ofertas del portal WAP de los operadores GSM y las ofertas i-Mode de NTT DoCoMo son ejemplos de una nueva estrategia. Los portales móviles son únicos porque proporcionan una solución en la que los operadores y proveedores de servicio pueden gestionar contenidos e integrarse con las comunicaciones y transacciones. La llegada de WAP e i-Mode generalmente se ve como el primer paso de la convergencia entre las telecomunicaciones móviles, Internet y las industrias de contenido.

TECNOLOGÍAS CLAVES Algunas de las tecnologías críticas y esenciales para conseguir introducir con éxito UMTS incluyen los siguientes temas:

UTRA La decisión del ETSI de enero de 1998 respecto a las técnicas de acceso radio para UMTS combinaba dos tecnologías: W-CDMA para las bandas del espectro emparejadas y TD-CDMA para las bandas no emparejadas, en un estándar común. Este potente planteamiento promete una solución óptima para todos los entornos de operación y las necesidades de servicio. La capacidad de la tasa de transmisión de UTRA proporcionará al menos 144 Kbps para aplicaciones de movilidad completa en todos los entornos, 384 Kbps para aplicaciones de movilidad limitada en entornos micro y macrocelular, y 2,048 Mbps para aplicaciones de baja movilidad particularmente en entornos de micro y picocélulas. La tasa de 2,048 Mbps también puede estar disponible para las aplicaciones de corto alcance o de paquetes en entornos macrocelulares, en función de las estrategias del despliegue, la planificación de la red radio y la disponibilidad del espectro.

Terminales multimodo de segunda generación/terminales UMTS Los terminales UMTS existirán en un mundo que cuenta con diversos estándares, lo cual permitirá a los operadores ofrecer la máxima capacidad y cobertura a su base de usuarios al combinar UTRA con los estándares de segunda y tercera generación. Por lo tanto, los operadores necesitarán terminales capaces de interactuar con las infraestructuras de tecnologías desplegadas como GSM/DCS1800 y DECT, así como con otros estándares de segunda generación; por ejemplo, aquellos basados en el estándar AMPS de Estados Unidos, puesto que inicialmente

268

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

tendrán una cobertura más completa que UMTS. En consecuencia, muchos terminales UMTS serán multibanda y multimodo de manera que puedan trabajar con diversos estándares, antiguos y nuevos. Llegará a ser posible la fabricación de tales terminales con un coste comparable con el de los terminales de segunda generación contemporáneos de un único modo debido a los avances tecnológicos en la integración del semiconductor, en las arquitecturas radio y en la parte radio del software.

Sistemas por satélite Según el lanzamiento inicial del servicio en 2002, la componente de UMTS basada en los satélites podrá proporcionar a una gama de terminales de usuario una capacidad de cobertura mundial. Estos sistemas por satélites se planifican mediante las asignaciones de frecuencias del Servicio móvil por satélite de la banda S (MSS, S-band Mobile Satellite Service) identificadas para IMT-2000 por satélite y proporcionarán servicios compatibles con los sistemas terrestres de UMTS.

Tarjetas USIM/tarjetas inteligentes Un importante paso hacia delante, que GSM introdujo en su sistema, es la tarjeta Módulo de identidad del abonado (SIM, Subscriber Identity Module) o tarjeta inteligente. Esta tarjeta introducía la posibilidad de disponer de alta seguridad y de un cierto grado de personalización del usuario en el terminal móvil. Los requisitos de SIM, los algoritmos de seguridad y la tecnología IC de la tarjeta y del silicio continuarán desarrollándose hasta y durante el período del despliegue de UMTS. La industria de la tarjeta inteligente ofrecerá tarjetas con mayor capacidad de memoria, con un funcionamiento más rápido de la CPU, con un modo de operación no orientado a conexión y con mayor capacidad para la encriptación. Estos avances permitirán añadir al paquete del servicio UMTS el Módulo de identidad del abonado UMTS (USIM, UMTS Subscriber ldentitv Module) mediante el suministro del almacenamiento y transmisión de datos móviles de alta seguridad, así como el software de la configuración para el funcionamiento de cualquier terminal UMTS, imágenes, firmas, ficheros personales, huella digital o de otros datos biométricos que se pudieran almacenar, descargar o cargar en la tarjeta. Las tarjetas para comunicaciones inalámbricas permitirán un uso mucho más sencillo que el de las actuales tarjetas, por ejemplo, al permitir que la tarjeta inteligente se utilice en transacciones y gestiones financieras tales como el comercio electrónico o la factura electrónica sin tener que sacarla de la cartera o del teléfono. Se espera que todas las redes fijas y móviles adopten el mismo estándar o estándares que sean compatibles en las capas más bajas para que sus tarjetas de identidad del abonado permitan la itinerancia de USIM en todas las redes y el acceso del usuario universal a todos los servicios. El comercio electrónico y las actividades bancarias que utilizan tarjetas inteligentes pronto llegarán a extenderse y los usuarios esperarán ser capaces de utilizar las mismas tarjetas en cualquier terminal sobre cualquier red. Se espera que las nuevas tecnologías para memorias aumenten los tamaños de la memoria de la tarjeta haciendo factible almacenar programas más grandes y mayor cantidad de datos. En una tarjeta se pueden introducir diversas aplicaciones y proveedores de servicio. En teoría, el usuario podría decidir qué aplicaciones/servicios desea en su tarjeta, al igual que en el disco duro de su ordenador personal. Este es el reto y la oportunidad para las industrias de servicio que presenta la evolución de la tecnología de la tarjeta inteligente.

Estándares inalámbricos emergentes

269

Compatibilidad del protocolo de Internet (IP) UMTS es un concepto modular que tiene en cuenta toda la tendencia hacia la convergencia de los servicios y redes fijas y móviles, lo cual permite que se desarrolle un gran número de aplicaciones. Como ejemplo, un ordenador portátil con un módulo de comunicaciones UMTS integrado se convierte en un dispositivo de procesamiento y comunicaciones de propósito general para el acceso a Internet de banda ancha, voz, videotelefonía y conferencia para el uso móvil o residencial. El número de redes y de aplicaciones IP está creciendo con gran rapidez. Lo más obvio es Internet, pero las redes privadas IP (intranets) muestran un ritmo de crecimiento y uso similar o incluso mayor. UMTS llegará a ser la tecnología de acceso de banda ancha más flexible, puesto que permite su uso en el entorno móvil, de oficina y residencial en una amplia gama de redes públicas y no públicas. UMTS puede soportar tráfico IP y no IP en diversos modos que incluyen la conmutación de paquetes, de circuitos y virtual. UMTS será capaz de beneficiarse del trabajo en paralelo realizado por el Grupo de ingeniería de Internet (IETF, Internet Engineering Task Forcé) mientras que amplia su grupo básico de estándares IP de la comunicación móvil. Los nuevos desarrollos como IP versión 6 permiten parámetros como la calidad de servicio (QoS, Quality of Service), la tasa binaria y las tasas de error de bits (BER, Bit Error Rate), vital para el funcionamiento móvil que establece el operador o el proveedor de servicios. También están teniendo lugar los desarrollos de las estructuras de nuevo nombre de dominio. Estas nuevas estructuras incrementarán la utilidad y flexibilidad del sistema, que proporcionará un tratamiento único para cada usuario, independiente del terminal, de la aplicación o de la localización. UMTS tiene el respaldo de los principales operadores y fabricantes de telecomunicaciones puesto que representa una oportunidad única para crear un mercado de masas para un acceso móvil altamente personalizado y amigable orientado a la sociedad de la Información. UMTS pretende construir y extender la capacidad actual de las tecnologías móvil, inalámbrica y por satélite mediante el suministro de una capacidad mayor, una capacidad de datos y una gama de servicios mayor que utiliza un esquema de acceso radio innovador y mejorado, que supone la evolución de la red.

ESPECTRO PARA UMTS WRC 2000 identificó las bandas de frecuencias de 1.885 MHz a 2.025 MHz y de 2.110 MHz a 2.200 MHz para los futuros sistemas de IMT-2000, reservando las bandas de 1.980 MHz a 2.010 MHz y de 2.170 MHz a 2.200 MHz previstas para la parte basada en satélites. El Acceso múltiple por división de código (CDMA, Access Múltiple Code División) se caracteriza por ofrecer alta capacidad y células de tamaño pequeño al emplear la tecnología de espectro ensanchado y un esquema de codificación especial. Las capacidades de la evolución de cdmaOne ya se han definido en los estándares. IS-95B proporciona tasas de ISDN de hasta 64 Kbps. La siguiente fase de cdmaOne es un estándar conocido como 1XRTT, que permite datos por paquete a 144 Kbps en un entorno móvil. Otras características disponibles incluyen duplicar el tiempo de actividad e inactividad en el terminal móvil. Todas estas capacidades estarán disponibles en un canal existente cdmaOne de 1,25 MHz. La próxima fase de la evolución de cdmaOne incorporará las capacidades de 1XRTT, soportará todos los tamaños de canal (5 MHz, 10 MHz, etc.), proporcionará tasas de datos por conmutación de circuitos y de paquetes hasta 2 Mbps, incorporará capacidades avanzadas multimedia e incluirá un marco de trabajo para los servicios y codificadores de voz avanzados 3G, incluidos la voz-sobre-paquetes y los datos por circuitos. Muchos de los pasos ya se han dado y se han puesto en práctica. En la Tabla 10.1 se muestra una serie de variantes de CDMA.

270

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Tabla 10.1. Variantes de CDMA Tipo de CDMA

Descripción

CDMA/TDMA combinado

Tecnología inalámbrica que utiliza CDMA y TDMA. Para las aplicaciones en bandas con licencia en células grandes y bandas sin licencia en células pequeñas. Utiliza CDMA entre células y TDMA dentro de las células.

CDMA

Además del original N-CDMA inventado por Qualcomm (originalmente sólo «CDMA») también conocido en Estados Unidos como IS-95. Las últimas variantes son B-CDMA, W-CDMA y CDMA/TDMA combinado. CDMA se caracteriza por proporcionar una capacidad elevada en una célula de radio pequeño, que emplea una tecnología de espectro ensanchado y un esquema de codificación especial. B-CDMA es la base para UMTS de 30.

cdmaOne

CDMA de banda estrecha de primera generación (IS-95).

cdma2000

La nueva especificación de MoU para CDMA de segunda generación para la inclusión en UMTS.

LA FAMILIA DE ESTÁNDARES DE CDMA2000 La familia de estándares cdma2000 incluye la interfaz aire, la funcionalidad mínima y el estándar de los servicios. El estándar de la interfaz aire de cdma2000 especifica una interfaz radio de espectro ensanchado que utiliza la tecnología CDMA para satisfacer los requisitos de los sistemas de comunicación inalámbricos 3G. Además, la familia incluye un estándar que especifica el funcionamiento analógico para soportar estaciones móviles con modo dual y estaciones base.

Propósito Los requisitos técnicos contenidos en cdma2000 constituyen un estándar de compatibilidad para los sistemas CDMA. Aseguran que una estación móvil pueda obtener servicio en un sistema fabricado de acuerdo con los estándares de cdma2000. Los requisitos no tratan la calidad o la fiabilidad de ese servicio, ni cubren procedimientos de funcionamiento o de medidas de equipo. La compatibilidad, según se utiliza en la conexión con cdma2000, se entiende como: cualquier estación móvil cdma2000 puede realizar y recibir llamadas en los sistemas cdma2000 o IS-95. Por el contrario, cualquier sistema cdma2000 puede hacer y recibir llamadas de estaciones móviles cdma2000 e IS-95. En el sistema local de los abonados todas las llamadas son automáticas. Igualmente, cuando una estación móvil es itinerante el establecimiento de la llamada es automático. Para asegurar la compatibilidad se especifican los parámetros del sistema y los procedimientos de procesamiento de la llamada. Se especifica la secuencia de pasos que las estaciones móviles y estaciones base ejecutan para establecer las llamadas, junto con los mensajes de control digital y, para sistemas de modo dual, las señales analógicas se intercambian entre las dos estaciones. La estación base está sujeta a diferentes requisitos de compatibilidad que la estación móvil. Los niveles de potencia radiados, deseados e indeseados, se especifican completamente para las estaciones móviles, para controlar la interferencia RF que una estación móvil puede causar a otra. Las estaciones base están fijas en la localización y su interferencia está controla-

Estándares inalámbricos emergentes

271

da por la disposición y la operación apropiadas del sistema en el cual funciona la estación. Los procedimientos detallados de la llamada en progreso se especifican en las estaciones móviles para asegurar una respuesta uniforme a todas las estaciones base. Procedimientos de la estación base, que no afectan a la operación de la estación móvil, se dejan a los diseñadores del sistema fijo. Este planteamiento para escribir la especificación de la compatibilidad se destina a que proporcione el sistema fijo para proveer al diseñador del sistema terrestre con suficiente flexibilidad como para responder a las necesidades locales del servicio y tener en cuenta las condiciones locales de topografía y de propagación. La versión de la familia de cdma2000 incluye las provisiones para ampliaciones futuras del servicio y la extensión de las capacidades del sistema. Esta versión de la familia cdma2000 soporta el modo de operación de ensanchamiento del espectro de los grupos de velocidades 1 y 3 (Rate set 1 y 3).

Capítulo 11 APLICACIONES INALÁMBRICAS

UTILIZACIÓN DE LAS COMUNICACIONES INALÁMBRICAS ¿Qué podemos hacer con todos estos estándares y tecnologías?, ¿por qué es tan importante tener tantas opciones diferentes?, ¿por qué debo preocuparme?, ¿cuáles son las aplicaciones que demandarán el ancho de banda del que hemos estado tratando a lo largo de este libro? Todas las preguntas que continúan presentándose respecto a las comunicaciones inalámbricas de banda ancha están vigentes. No se equivoque sobre esto; las aplicaciones que congestionarán el ancho de banda actual todavía no existen. Sin embargo, como en todos los casos de nuevas tecnologías, se hace frente al dilema del huevo y la gallina. Mucha gente sostiene que pocas aplicaciones (si es que lo hace alguna) utilizarán las comunicaciones de alta velocidad. Otros argumentan que si el ancho de banda estuviera disponible, las aplicaciones les seguirían rápidamente. De esa forma, se acaba llegando a la discusión proverbial sobre la oferta y la demanda. ¡Construyalo y lo utilizarán! El modo en el que nos plantearemos esta discusión es en cuanto a lo que los sistemas y los programadores establecen por separado. Los organismos reguladores, los fabricantes y los operadores, todos tienen la obligación de permanecer a la cabeza de la curva de la demanda. Ellos analizan períodos entre 3 y 5 años y entonces determinan lo que se puede disponer si se fijan protocolos y estándares. Ellos también consideran cuál será la demanda en una ventana de cinco años y más allá de ésta. Si esperan hasta que la demanda aumente, estarán por detrás de la curva y bajo una presión constante. Por el contrario, si saltan demasiado rápido, estarán a la cabeza de la curva y, por tanto, de la demanda. De cualquier manera, el precio que se paga por estar mal preparado es demasiado alto como para resistirlo. En el pasado, muchos suministradores de red sufrieron debido a la carencia de un servicio o de instalaciones y han pagado el precio en dinero o incluso con su propia existencia. ¿Cuántos CLEC se precipitaron al ofrecer servicios sobre una infraestructura que no existía? La lluvia radiactiva no ha hecho más que aparecer. Muchos CLEC que ofrecían el acceso de alta velocidad sobre los servicios de cable (CATV, xDSL, etc.) han entrado en dificultades financieras. Las dificultades que estos operadores experimentaron no procedían de «tener demasiado poco, demasiado tarde», sino de «tener mucho, demasiado pronto». Los RBOC esperaron deliberadamente hasta que estos suministradores fundieron sus presupuestos y su capital, y entonces cayeron en picado para después sacar provecho de los suministradores emergentes. Casi todas las agencias de noticias comerciales han sacado el máximo provecho al progreso de las aplicaciones que emergían y al desarrollo subsiguiente de los servicios inalámbricos de banda ancha. Estas agencias de noticias y revistas confirman que la tasa de aceptación para las comunicaciones inalámbricas no es elevada. Aunque estas declaraciones tienen alguna razón de ser, el asunto que se pasa por alto es el retraso en conseguir una estandarización. De hecho, si los estándares se retrasan los productos también. Los fabricantes no desean desarrollar productos que no siguen un estándar (aunque son rápidos en añadir un cambio de marca en 275

276

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

sus productos individuales) debido al riesgo de ser desplazados o de perder su cuota de mercado. Ahora se observa otro problema en tanto que los productos no están implantándose con la rapidez que deberían, así que el modelo de precios sigue siendo demasiado alto para los mercados de masas. Mientras que los pioneros comienzan a experimentar con las tecnologías, con los protocolos y los productos, ellos mismos tienen en cuenta que los precios son más altos en las etapas experimentales que en la producción en masa. Durante un par de años hemos estado en los ensayos comerciales de muchos de los protocolos, tecnologías y productos individuales, y aún continuarán. También hemos visto la escalada de los diversos despliegues de mejoras tecnológicas. La combinación de estas situaciones crea un caos absoluto en la industria, que paraliza a los proveedores y/o vendedores que no saben qué producto o tecnología seleccionar. Impera el miedo, la incertidumbre y la duda (factor FUD, Fear, Uncertainty and Doubt).

HAY UN BICHO EN MI SOPA A partir de este texto, otros asuntos continúan plagando la implantación de la industria de las soluciones inalámbricas de tercera generación (3G). En mayo de 2001, British Telecommunications PLC retrasó el lanzamiento de lo que se planeó como la primera red comercial del mundo que utilizaba la tecnología móvil 3G. El plan era estar a la cabeza de la competición por lo menos con un margen de tres meses. El retraso se atribuyó a un «bicho del software» o fallo software (software bug) en los terminales de sus suministradores. El resultado de este fallo técnico (glitch) costó a BT Telecommunications un retraso mínimo de entre 3 y 6 meses. El fallo en el software integrado, un problema en el código, provocó que los terminales fabricados por NEC fracasaran. El problema, que no se pudo resolver a tiempo, sucedía entre la estación base y los terminales móviles. En concreto, la conexión se cortaba automáticamente cuando el usuario móvil se movía entre las estaciones base. En abril de 2001, la industria descubrió que los teléfonos de Nokia no eran compatibles con los servicios 3G que se distribuían por todo el mundo. El fabricante francés de equipos de telecomunicación Alcatel no cree que los teléfonos móviles 3G denominados LJMTS lleguen al mercado antes de 2004. Alcatel, que lanzó hace algún tiempo su primer teléfono móvil del Servicio general de radiocomunicaciones por paquetes (GPRS, General Packet Radio Service) para acelerar los servicios en línea de las redes GSM y tapar el hueco de UMTS, culpó del retraso al tiempo y a la inversión necesaria para desarrollar la tecnología. Según Alcatel, la implantación de 3G se producirá entre 2004 y 2006, mientras que hace algunos años se decía que a día de hoy ya estaría disponible. En la evolución total no todo está tan tranquilo como parece. Sin embargo, los problemas y fallos técnicos se producen en cualquier innovación y curva de crecimiento. Se retrasan los desarrollos 3G, pero acumularán el apoyo y el ingenio del futuro. Junto con el esperado aumento de las velocidades de transmisión que estarán en torno a 40 veces las actuales de GSM y TDMA, en algunos años las iniciativas y redes 3G serán los pilares de la verdadera sociedad de la información inalámbrica. En el futuro desaparecerán las distinciones entre teléfonos móviles, teléfonos fijos, ordenadores portátiles y asistentes digitales personales. Los dispositivos 3G serán multitarea, manejarán hasta seis llamadas simultáneas de datos, voz o vídeo. Estas aplicaciones y productos son la punta del iceberg del mercado. En abril de 2001, el mayor operador de telecomunicaciones celulares de Japón, NTT DoCoMo Inc., dio también un giro al lanzamiento de sus servicios 3G para tapar algunos problemas técnicos. NTT DoCoMo dijo que los fallos software estaban detrás de esta rápida decisión de limitar su oferta inicial de la nueva tecnología de telefonía celular. NTT DoCoMo prometió repetidamente arrancar el servicio inalámbrico 3G a finales de mayo de 2001. Aquello hubiera hecho de la compañía de Tokio la primera del mundo en ofrecer comercialmcnte tales servicios

Aplicaciones inalámbricas

277

de comunicación inalámbrica, que se suponía que finalmente convertiría los teléfonos celulares en ordenadores en miniatura para navegar por la Red, descargar música y ver películas. Finalmente, parece que los terminales UMTS se implantarán en 2007 y no en 2005 como se anticipó originalmente. Esto significa que el ciclo de vida de GPRS será mayor de lo que se había previsto. GPRS fue una solución de corto plazo hasta la llegada de UMTS. Sin embargo, ahora parece que los equipos GPRS se utilizarán para proporcionar durante más tiempo transferencias de datos ligeramente más lentas, hasta 170 Kbps.

INTERNET INALÁMBRICO SE PONE EN MARCHA Internet inalámbrico se encuentra en el camino correcto para establecer un nuevo mercado de terminales portátiles inalámbricos, PDA, ordenadores portátiles y otros dispositivos inalámbricos, mientras que los operadores comienzan a desplegar los servicios de datos de alta velocidad en las redes móviles de todo el mundo (es decir, GPRS, WCDMA, EDGE). Los avances en los terminales inalámbricos eran escasos hasta el año 2000. Este mercado no creció como se planeó porque se ofrecían pocos servicios y escasas características nuevas. Los terminales inalámbricos quedaron básicamente como herramientas de voz. Sin embargo, esto ha comenzado a cambiar. El número de terminales con posibilidades de datos que utilizan la tecnología 2,5G o 3G aumentará hasta representar a cerca de la mitad de todos los terminales de 2006, donde WCDMA tendrá la cuota más alta. Bluetooth también desempeñará un papel importante en la conectividad inalámbrica, pues para el año 2006 más del 90 por 100 de todos los terminales incorporarán la tecnología Bluetooth. La introducción de Bluetooth permitirá a los clientes inalámbricos acceder a una WLAN, LAN y PAN. Los proveedores planean un asalto multifaceta con los dispositivos para que en el futuro soporten aplicaciones inalámbricas. Una encuesta de fabricantes indicaba que estos proveedores preparaban dos empujes importantes para los dispositivos (los terminales móviles y los PDA, seguidos por los buscapersonas). Esta encuesta se muestra en la Figura 11.1, que representa los resultados de los objetivos del fabricante. Los números ascenderán hasta más del 100 por 100 porque los fabricantes están produciendo diversos dispositivos.

Figura 11.1.

Plan del fabricante de dispositivos para los servicios de acceso inalámbrico.

278

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

APLICACIONES Y CARACTERÍSTICAS Los usuarios iniciales del servicio de DoCoMo no pagan por los terminales portátiles sino por las tarifas de la transmisión, es decir, pagan 1,8 veces el coste actual de la cuota más alta que es de 80 céntimos o 1,25 dólares por una canción de tres minutos. Hay tres modelos de terminales disponibles, incluido el videoteléfono táctil que muestra al usuario que realiza la llamada en la minúscula pantalla del teléfono celular receptor. El videoteléfono se muestra en la Figura 11.2. El modelo también podrá mostrar otros tipos de vídeo. Al principio, los usuarios considerarán el vídeo como parte del servicio de distribución de imagen de DoCoMo, que ofrece más de 100 programas, como por ejemplo noticias y pequeñas secuencias de películas, en un aparato de vídeo denominado Eggy, que se muestra en la Figura 11.3.

(F UENTE: Nokia)

Figura 11.2. Videoteléfono.

(FUENTE: DOC OM O)

Figura 11.3. Eggy.

Aplicaciones inalámbricas

279

Otro modelo 3G es una versión más rápida y con enlace a Internet de los actuales teléfonos i-Mode de NTT DoCoMo con casi 23 millones de usuarios en Japón. El tercer modelo es un dispositivo del tipo tarjeta estrictamente dedicada a la transmisión de datos. NTT DoCoMo planea ofrecer servicios 3G en Europa y Estados Unidos. Tiene previsto ofrecer su servicio i-Mode en Estados Unidos a través de su socio AT&T Wireless. También planea tener en cuenta algunas partes de Europa. Un gráfico representativo de los usuarios inalámbricos de Internet revela que Japón lidera la industria seguido por Corea, Europa y los Estados Unidos. Actualmente, los usuarios inalámbricos de Internet de todo el mundo se distribuyen según se observa en la Figura 11.4. Esto significa que los Estados Unidos y Europa están claramente por detrás de Japón en cuanto a la llegada de la transferencia de datos inalámbricos. Esto no es una carrera, pero da una explicación de por qué la conversación tiende a inclinarse hacia el modelo de NTT DoCoMo y por qué la fabricación procede sobre todo de los proveedores japoneses. El resto del mundo se está interesando rápidamente por el acceso inalámbrico de alta velocidad de Internet que utiliza este modelo y el servicio i-Mode. Para la mayoría de las aplicaciones, el soporte inalámbrico está volviéndose de suma importancia. Al inspeccionar las 500 compañías de Fortune, las consultoras han encontrado que el 77 por 100 de éstas proporcionan acceso remoto al personal de viaje y el 74 por 100 soporta las telecomunicaciones. El acceso inalámbrico parece ser la prioridad máxima para el ascenso del 85 por 100 de estas organizaciones mientras que aumenta la demanda de comunicaciones inmediatas desde cualquier lugar. Curiosamente, el 44 por 100 de las organizaciones indicadas están relacionadas con los* dispositivos portátiles (dispositivos de mano, ordenadores portátiles y de pequeño tamaño) que se utilizan para el acceso a la red corporativa. La Figura 11.5 representa el número de encuestados que piensan que el acceso inalámbrico (el acceso de banda ancha para ser más concretos) será una prioridad máxima en los próximos años. Otra área de interés para las encuestas se encontraba en los planes de las primeras 500 compañías de implementar el acceso inalámbrico a la Web para los usuarios corporativos. La encuesta contemplaba a la vez un período de tiempo de dos años. Los resultados de esa investigación se muestran en la Figura 11.6.

Figura 11.4.

Número de usuarios inalámbricos de Internet.

280

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Figura 11.6.

Planes para proporcionar acceso inalámbrico a la Web.

LA TELEVISIÓN COMO APLICACIÓN Samsung Electronics ahora está comercializando un terminal móvil cdma2000 lx con capacidad para recibir imágenes en color. El teléfono de vídeo bajo demanda (VOD, Vídeo On Demand) se finalizó en el año 2000. El terminal soporta VOD, audio bajo demanda (AOD, Audio On Demand) y otras funciones avanzadas para IMT-2000. Se espera que exista una competencia intensa entre suministradores de contenido. El teléfono a color VOD viene con una pantalla

Aplicaciones inalámbricas

281

TFT-LCD de 2,04 pulgadas 1 que puede reproducir imágenes claras de una película en 200.000 colores diferentes. El terminal móvil puede enviar y recibir sin cables los datos de un texto a una velocidad de hasta 144 Kbps, así como soportar VOD y AOD. De este modo, es posible el acceso móvil a diversos servicios de contenidos con imágenes animadas a color como por ejemplo música, vídeos, difusiones de Internet, animación, noticias, etcétera. El terminal móvil se basa en cdma2000 1 x y viene con un decodificador de imagen MPEG4 y un reproductor estéreo incorporado. Puede mostrar 12 líneas de texto de una sola vez. Aparte hay una memoria disponible para descargar fragmentos de películas y reproducirlos. La eficiente naturaleza de la energía del sistema y un software optimizado se combinan para aumentar la vida de la batería, que suministra tiempo suficiente para visualizar películas en color. Este reciente teléfono celular de Samsung supone un cambio significativo en la tecnología del móvil al cambiar la pantalla en blanco y negro y la transmisión de datos por una visualización en color y un teléfono con capacidad VOD. Con la introducción del teléfono VOD en el mercado, el mundo disfrutará del servicio de 1MT-2000, la futura tecnología del ser humano. Samsung comercializará el nuevo teléfono VOD junto con un modelo STN-LCD que puede reproducir 256 colores diferentes. El modelo STN-LCD funciona desde la plataforma de cdma2000 lx y puede enviar y recibir texto, datos e imágenes a color a una velocidad de hasta 144 Kbps. El teléfono Samsung puede utilizarse para acceder a juegos y a otros servicios móviles, se espera que rápidamente sustituya a los terminales con pantallas en blanco y negro. El sistema con vídeo se muestra en la Figura 11.7.

(FUENTE: Samsung) Figura 11.7.

1

El receptor de TV a color en un terminal móvil.

1 pulgada = 2,54 cm. (N. del T.)

282

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Curiosamente, el receptor de TV no es una de las aplicaciones deseada inicialmente por la gente. En realidad, la aplicación de un sistema de videoconferencia era más apropiada para un servicio a empresas. Sin embargo, las cosas cambian y la cultura del usuario final también cambia. Ahora que el receptor de TV puede integrarse en el terminal móvil, es de esperar que las aplicaciones multimedia bidireccionales con gráficos de alta resolución que utilizan MPEG4 se conviertan en la nueva demanda.

¿Y DICK TRACY? Aunque la recepción de contenidos audiovisuales en un terminal puede tener cierto atractivo, otros pueden elegir un comunicador inalámbrico que sea menos sofisticado. Quizá estos usuarios deseen una combinación de un receptor de datos de alta velocidad y un teléfono celular que no ocupe espacio en el escritorio o en el bolsillo. ¡Aparece el teléfono tipo reloj de pulsera! Estos dispositivos tienen algunas características de diseño ergonómico que permiten al usuario enviar y recibir información desde el brazo, sin tener que detenerse para encontrar un espacio libre de escritorio o de mesa. El teléfono tipo reloj de pulsera se muestra en la Figura 11.8. ¿Qué pasaría si pudiéramos incluir una cámara de vídeo en el reloj? Hoy en día, existen relojes que hacen las veces de cámaras fotográficas y otros que hacen las veces de teléfono. ¿Así que por qué no combinar juntas las características de Bluetooth y WAP, por ejemplo, para disponer de un servicio con las tres funcionalidades? Suponga que usted necesita sacar una foto por motivos del seguro de automóvil. Se produce un accidente, así que usted inmediatamente toma una foto de los dos vehículos implicados y la transmite al instante a la policía para que archive el expediente del incidente. En paralelo, usted envía la información al encargado de las

(Fuente: Samsung) Figura 11.8.

El teléfono tipo reloj de pulsera.

Aplicaciones inalámbricas

283

demandas de su compañía de seguros, de modo que tenga constancia del acontecimiento y una foto de los daños. Esta situación puede acelerar el proceso de archivar la demanda y evitar el manejo erróneo de las estimaciones de los daños. La combinación todavía no se ha logrado al 100 por 100, requiere ser afinada hasta conseguir que ambos procesos se combinen eficazmente en una herramienta útil.

WEB A TRAVÉS DEL CIELO Antes de que nos desviemos demasiado, el uso de las comunicaciones inalámbricas de banda ancha (más de 56 Kbps) también puede proporcionar otro acceso desde el cielo, por satélite. Muchos de los ISP están considerando la manera de ofrecernos acceso a mayor velocidad de la que estamos acostumbrados en las redes de línea terrestre. Ahora mismo no es una aplicación del terminal pero puede convertirse en el futuro con el uso de las tecnologías LEO, según se comentó para Teledesic e Iridium LLC. EarthLink (un ISP nacional americano que adquirió Mindspring y Netcom) ha acordado utilizar los servicios de DirecPC para ofrecer a sus clientes acceso a Internet de alta velocidad. Este servicio ofrecerá capacidades de hasta 400 Kbps en el enlace descendente y 144 Kbps en el enlace ascendente a clientes que utilizan un plato de satélite de 2 por 3 pies 2, según se muestra en la Figura 1 1.9. Esto difiere del original DirecPC (también denominado DirecDuo en sus primeras versiones) donde la oferta

2

1 pie = 0,3048 m. (N. del T.)

284

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

inicial de emisores digitales consistía en un enlace descendente de un solo sentido a 400 Kbps y conexión por marcación manual (dial-up) al ISP sobre la línea terrestre. Esta versión incluye comunicaciones bidireccionales a través del enlace del satélite. La instalación es un recurso compartido similar al de las compañías de televisión por cable que ofrecen servicios Ethernet para Internet, pero las velocidades dependen del número de usuarios simultáneos en la red. El protocolo WAP o el i-Modc se integrarán en un entorno Web inalámbrico. El proveedor de comunicaciones por satélite aún puede soportar la conexión directa a Internet, mediante un enlace similar al de EarthLink pero a través de una conexión por marcación como la descrita para el Servicio de difusión digital (DBS. Digital Broadcast Service), según se muestra en la Figura 11.10. En este caso, de nuevo la aplicación pro-porciona el acceso a Internet. Sin embargo, el usuario marcará en el enlace ascendente en un ISP de comunicaciones por satélite. La conexión por marcación manual es más lenta, de velocidades entre 33,6 Kbps y 56 Kbps. En el ISP, la conexión se realiza con el servidor de Internet. Aquí la diferencia está en que en el enlace descendente (desde el ISP de vuelta al usuario) la transmisión se envía por satélite. El ISP nuevamente redirige al usuario los paquetes sobre una conexión por satélite a una velocidad mucho mayor (generalmente hasta 400 Kbps). Anteriormente, en el Capítulo 10, se comentaron los riesgos potenciales de TCP/1P sobre un enlace por satélite. Los problemas no son invencibles, pero el tema de la latencia siempre está presente. Desde los años sesenta se sabe que la tecnología del satélite es una excelente manera de transmitir nuestras comunicaciones de datos de alta velocidad. Puesto que los satélites están en una órbita alta (la órbita GEO), se reduce la necesidad de múltiples saltos,

Figura 11.10.

La conexión por marcación manual a un ISP se recibe vía satélite.

Aplicaciones inalámbricas

285

posiblemente a un solo salto. Las órbitas de los satélites en uso pueden proporcionar literalmente el acceso a cualquier lugar del mundo debido a las zonas de cobertura y de huella (jootprint) disponibles a esa altura. Sin embargo, mientras que originalmente TCP/IP se diseñó para trabajar sobre cualquier medio, los tiempos de respuesta para TCP sobre un enlace por satélite pueden degradar seriamente el rendimiento del tráfico. Se han introducido nuevas pasarelas (gateways) para minimizar el efecto de los retardos del satélite y mejorar el funcionamiento. Las pasarelas se utilizan como elementos intermediarios entre la conexión del usuario final y el enlace del satélite. Desde el punto de vista funcional, la pasarela captura los datos TCP. La pasarela transmite los datos a través de un canal del satélite optimizado para la transmisión TCP y después establece en el otro extremo, en el lado receptor, una nueva conexión. Por lo tanto, la conexión se compone de tres partes, según se muestra en la Figura 11.11: ■ Una conexión TCP entre el cliente y una pasarela remota. ■ Una conexión TCP a través del satélite entre dos pasarelas (cliente y servidor). ■ Una conexión entre la pasarela servidora y el servidor (receptor). Esta distribución está destinada a ser totalmente transparente para el usuario final y debería reducir la latencia de todo el circuito. Mejora las oportunidades de utilizar las comunicaciones por satélites como conexiones inalámbricas de banda ancha.

Figura 11.11.

Las pasarelas del satélite mejoran el funcionamiento TCP.

286

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

A TRAVÉS DEL AIRE SIN «LOS» Las comunicaciones inalámbricas de banda ancha permiten enlazar juntas otras aplicaciones. No todos los lugares pueden garantizar la disponibilidad de la visibilidad directa (LOS, Line of Sight). Por lo tanto, un sistema sin LOS puede satisfacer algunas de las aplicaciones requeridas. Considere, por ejemplo, las necesidades de una comunidad para enlazar muchos sitios de interés. La biblioteca, el ayuntamiento, la policía y los bomberos necesitan la intcrconcctividad entre sí pero puede que no tengan todos los accesos necesarios. Aquí reside el problema; no todos los sitios están en los mismos enlaces de acceso ni es posible una situación LOS. El coste de alquiler de los circuitos de cable también puede ser prohibitivo. Introduzca la solución inalámbrica de banda ancha que utiliza una conexión LMDS o MMDS. En una ciudad, las comunicaciones inalámbricas fijas pueden ser soluciones muy eficaces. Los clientes utilizan en cada emplazamiento un pequeño plato receptor y un módem y se conectan a través de los servicios MMDS con velocidades de hasta 2 Mbps. Con una arquitectura LMDS, servicios similares pueden soportar actualmente velocidades de hasta 155 Mbps y 622 Mbps. El uso de una conexión óptica OC-3 u OC-12 en espacio libre puede satisfacer la mayoría de las necesidades actuales para voz, datos, acceso a Internet y comunicaciones multimedia a un precio muy competitivo. Obviamente, muchas organizaciones y municipios están cogiendo la idea de utilizar la banda ISM (2,4 GHz sin licencia) para proporcionar las conexiones que necesitan. Una encuesta reciente de los usuarios MMDS muestra que su uso va en aumento, según se observa en la Figura 11.12.

PRESCRIPCIONES MÉDICAS Vamos a fijarnos en otras aplicaciones que realmente tienen algún mérito. Lo primero que se muestra en la Figura 11.13 es un dibujo de una sala de operaciones. El personal médico está en la sala preparando a un paciente para operarlo. Antes de que la intervención tenga lugar, los médicos necesitan una biopsia de algún tejido que se envió al laboratorio de patología. El patólogo realiza las pruebas necesarias e inmediatamente envía al médico los resultados por una conexión inalám-

Figura 11.12.

Usuarios inalámbricos de banda ancha en MMDS.

Aplicaciones inalámbricas

287

brica (a través de un punto de acceso en el laboratorio y otro en la sala de operaciones). Al mismo tiempo, los resultados pueden introducirse en una base de datos que contiene el historial del paciente. Ahora el médico puede necesitar información adicional del servidor. Así que envía una petición de consulta al servidor de la base de datos para realizar un análisis de:     

El pronóstico o diagnóstico. Los procedimientos realizados habitualmente. Las recomendaciones o preocupaciones de otros cirujanos. Las imágenes de una resonancia magnética médica (MRI, Medical Resonance Imaging). Las estadísticas vitales necesarias.

Estos análisis son frecuentes; la diferencia es que se realizan de forma inmediata de modo que el médico puede proporcionar el tratamiento de emergencia necesario sin la espera que normalmente se experimenta cuando hay alguien encargado de recopilar esa información. Durante este mismo proceso, el médico puede también explorar el historial médico del paciente para cerciorarse de que el procedimiento que se realizará no va a poner en peligro al paciente. Un ejemplo es que no haya interacción alguna entre los medicamentos que suponga un riesgo para el enfermo o que el paciente ya tuviera una operación similar realizada anteriormente. La ventaja se encuentra en la obtención de la información oportuna donde y cuando se necesita. Quizá suena más como una demanda de bajo ancho de banda que como una necesidad de banda ancha. En este caso, se utilizan comunicaciones de alta velocidad a 11 Mbps o 54 Mbps (dependiendo de la LAN inalámbrica) para recopilar información rápidamente. Sin embargo, los ficheros gráficos y la MRI también pueden consumir ancho de banda y provocar un retraso excesivo. Se trata de un servicio de salvamento donde se demanda comunicaciones de datos rápidas y fiables.

Figura 11.13. Aplicaciones médicas de las comunicaciones inalámbricas de banda ancha.

288

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Aunque este ejemplo está utilizando el servicio en un entorno de hospital, los casos se producirán donde el personal médico no soporte las comunicaciones inalámbricas. Piensan que las transmisiones inalámbricas interferirán con los sistemas médicos de otros pacientes tales como marcapasos, sillas de ruedas controladas por radio, etc. Estos episodios son pocos y lejanos, cada vez más operaciones adoptan esta tecnología. Otro escenario incluye la interferencia dentro de un edificio médico que no permite que los datos pasen a través de las paredes y de los pisos, especialmente donde se encuentra el laboratorio de radiología, por ejemplo, que utiliza revestimientos de plomo para evitar que la radiación escape del laboratorio. Esta es la razón por la cual los puntos de acceso se fijan en habitaciones individuales para las comunicaciones con fines específicos. El punto de acceso es inalámbrico, el terminal portátil (ordenador de bolsillo o PDA) es inalámbrico, pero la red troncal puede estar cableada. Esta es una mezcla que combina las redes de cable y las redes inalámbricas, ambas de banda ancha. Actualmente, una institución médica utiliza estos dispositivos inalámbricos de bolsillo para que los médicos actualicen sus diagramas médicos mientras hacen sus rondas por el hospital. A menudo, todos los especialistas visitan a sus pacientes y guardan expedientes muy exactos del individuo. Estos se transcriben y se archivan más adelante. El problema ocurre cuando el transcriptor no entiende o pierde parte de la información. Los expedientes perdidos suponen muchas decepciones. Además, cuando no se pueden encontrar, el paciente tendrá que volver a pasar las pruebas y la documentación médica. Ahora con el dispositivo PDA, la información se introduce en el dispositivo durante la exploración médica. La historia médica, los problemas, los diagnósticos y tratamientos, todo se introduce al momento y se transmite directamente a la LAN servidora a través de un punto de acceso inalámbrico. Cualquier instrucción se envía inmediatamente al puesto de enfermeras o a otros médicos del hospital/clínica. Las entradas pueden hacerse de una vez, como se muestra en la Figura 11 . 1 4, durante las rondas del médico, así las pérdidas y los malentendidos de la

Figura 11.14. Se utiliza la PDA para ¡ntroducr aaios durante las rondas.

Aplicaciones inalámbricas

289

información se minimizan. En realidad, la PDA puede utilizarse para disponer de un guión con toda la información necesaria, en un formato fácil de rellenar por el médico y con entradas de estilo (menús) o dibujadas (iconos). En el futuro, si durante las rondas el médico necesita la información de la MRI o de los rayos X, estarán inmediatamente accesibles gracias a las comunicaciones de banda ancha inalámbricas de una PDA.

SEDA DENTAL Y PDA Otro escenario es el de las tecnologías comentadas en los Capítulos anteriores de este libro. Bluetooth se integra como parte de los teléfonos celulares, de las PDA, de los dispositivos de bolsillo y de los sistemas futuros. Al igual que un protocolo de comunicaciones, realmente supone el reemplazo de los cables que se utilizan tradicionalmente. Estos dispositivos combinados (los protocolos de PDA y de Bluetooth) permitirán el uso del ordenador de bolsillo o de mano en el entorno de las escuelas. Muchas universidades distribuyen a los estudiantes dispositivos Palm/Visor (ordenadores de mano, dispositivos de pequeño tamaño) como artículos básicos. El dispositivo Palm mostrado en la Figura 11.15 y el dispositivo Visor mostrado en la Figura 11.16 habitualmente se encuentran en escuelas y en el popurrí de herramientas de los «trabajadores móviles» (road warriors). Una alternativa al dispositivo Palm o Visor es utilizar un PC de mano (un ordenador portátil de pequeño tamaño), según se muestra en la Figura 11.17. En este caso, el dispositivo se utiliza como cualquier PC con una entrada de teclado. La tarjeta inalámbrica de la LAN puede funcionar a 2,11 Mbps o 54 Mbps con los estándares 802.11.

(FUENTE: Palm)

Figura 11.15. Palm.

290

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

(FUENTE: DoCoMo/Handspring) Figura 11.16.

Visor.

Figura 11.17. PC de mano o de bolsillo.

(F UENTE: IBM)

Aplicaciones inalámbricas

291

SOHO A medida que las redes inalámbricas de banda ancha del futuro continúan madurando, el uso de combinaciones de protocolos y de dispositivos se vuelve más factible. Bluetooth y Wi-FI (WLAN) funcionarán juntos en la pequeña oficina u oficina local/doméstica (SOHO, Small Office or Home Office). Entre la oficina local y el vehículo, los usuarios pueden seleccionar innumerables dispositivos donde se crea, se utiliza, se transmite o se almacena el contenido. Con una lista de los métodos de acceso inalámbrico, se puede construir una red de área personal (PAN, Personal Área Network) que funcione entre la mesa del escritorio y la LAN a través de una red inalámbrica. Para crear esta red PAN se utilizan dos bloques básicos en el escenario de una red de oficina local: 802.11b, también denominado WLAN y Bluetooth. Ambos funcionan en la banda ISM (en 2,4 GHz). Con WLAN, podemos comunicarnos a velocidades de hasta 11 Mbps, mientras que Bluetooth puede soportar velocidades de hasta 1 Mbps para los datos, más tres canales de voz de 64 Kbps. En una red PAN esta combinación evita la interferencia y permite utilizar ambos sistemas dentro de las mismas áreas. Otros dispositivos se diseñan para funcionar en SOHO y para ser compatibles con la especificación 802.1 Ib que transmite a 11 Mbps. Estos dispositivos pueden permitir una conexión de la oficina a Internet a través de un enlace DSL, con cuatro u ocho puertos del concentrador de Ethernet que funciona en una o en muchas «cajas». Un ejemplo del punto de acceso inalámbrico de SOHO es el SOHOware Net Blaster II que funciona a través de paredes, techos y pisos a distancias de 150 a.500 pies, según se muestra en la Figura 11.18.

(FUENTE: SOHOware) Figura 11.18.

Netblaster II de SOHOware.

292

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

ESTUDIANTES Y PROFESORES UNIDOS Los dispositivos inalámbricos del futuro le permitirán enviar órdenes a la PDA desde un teléfono celular o hacer que la PDA se comunique con un ordenador portátil. El mundo inalámbrico está llegando con rapidez. Sin embargo, más allá de esas órdenes, las comunicaciones inalámbricas manejarán los requisitos de ancho de banda de alta velocidad y los requisitos de las aplicaciones multimedia futuras. Mientras tanto, regresemos a esos colegios que distribuyen PDA (ordenadores de bolsillo) a todos los estudiantes. Los dispositivos se utilizarán para la interconexión vía correo electrónico entre el estudiante y el profesor; los estudiantes podrán solicitar al instante una reunión con un profesor cuando necesiten alguna pauta a seguir o resolver algún problema. El profesor puede sincronizarse con su propio horario. Además, los estudiantes pueden colaborar entre sí o descargarse sitios Web de interés o buscar información desde el dispositivo portátil de bolsillo para utilizarla posteriormente. La descarga de información de un sitio Web se muestra en la Figura 11.19. Sin embargo, las descargas no se limitan sólo a los estudiantes. Los trabajadores móviles también pueden necesitar descargarse software o páginas Web mientras están en movimiento. Por ejemplo, cuando están en carretera en un vehículo, en una habitación de hotel o en sus casas. La Figura 11.20 representa las descargas de software desde un vehículo. Observe que en el entorno inalámbrico de banda ancha, lo que se persigue actualmente es un tráfico de 2 Mbps, aunque velocidades superiores supondrán un valor añadido.

Figura 11.19.

Los estudiantes podrán descargar información de la WEB o de la base de datos del colegio.

Aplicaciones inalámbricas

293

Figura 11.20. Descarga de información para los trabajadores móviles.

PANORAMA DE COMPRAS Los grandes almacenes también se benefician de la integración de las comunicaciones inalámbricas de banda ancha. Un gran almacén puede desear aumentar sus reservas de artículos durante un período de calma. Como ejemplo, los pedidos de la tienda, según se muestra en la Figura 11.21, pueden llevarse a cabo en la parte reservada para el estacionamiento de vehículos. En vez de tender cables de LAN a las cajas registradoras, se pueden utilizar dispositivos de comunicaciones inalámbricas. Es una tecnología fácil y probada. Symbol Technologies y otras empresas llevan ofreciendo durante años servicios inalámbricos de bases de datos e imágenes escaneadas. Sin embargo, ahora imagine que desea explorar el código de barras de un artículo; esa información se incorpora en la base de datos inalámbrica activa y también se descuentan los artículos del inventario situados en la trastienda. Simultáneamente, la función de orden de entrada puede generar una solicitud para reponer un artículo del inventario del almacén, el cual genera por turnos una orden de compra para reponerlos. Esta orden se transmite inmediatamente al depósito del fabricante (Extranet), que hace que se recopilen y empaqueten los artículos para su entrega inmediata. Estas funciones de entrada de orden, gestión completa del dinero, gestión del inventario y función de reposición se producen desde las cajas registradoras fuera del almacén, situadas en el aparcamiento, mientras que al mismo tiempo las bases de datos dentro del almacén están activas. La demanda de este acceso inmediato crecerá a medida que en la industria se generalice estas entregas en tiempo, que mantienen el inventario al descubierto un tiempo mínimo.

294

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Figura 11.21.

Acceso del almacén a Intranet y Extranets.

CON SU CARA Al comienzo de este Capítulo, se trató un teléfono celular con TV y capacidad de videoconferencia. Esa misma capacidad de videoconfercncia puede añadirse a la PDA portátil (ordenador de pequeño tamaño, dispositivo Palm o Visor) y a velocidad de 384 Kbps (o superior) bajo demanda. La parte superior de un dispositivo Palm muestra una cámara adjunta más un módem inalámbrico que facilita el acceso a las redes EDGE o 3G para el vídeo en tiempo real. El vídeo puede utilizar compresión MPEG, pero también puede producir 30 tramas por segundo en tiempo real que proporciona una imagen lisa, como se muestra en la Figura 11 .22. El uso de este servicio debe ser bastante sencillo y a un precio razonable o no se utilizará. Un proveedor ya ha abordado la videoconferencia en tiempo real desde un teléfono celular o un PDA a precios normales para el futuro (0,10 dólares por minuto). Esto aún está por ver, pero ofrece algunas posibilidades atractivas en áreas como el servicio de campo, pruebas, entrevistas y disposiciones que se pueden tomar en cualquier momento, en cualquier lugar. Este concepto de PDA hace que la red inalámbrica total sea de fácil acceso. Permite también llevar el dispositivo en una cartera, un monedero o un bolsillo. Algunos utilizan los cinturones para llevar la PDA siempre encendida. En vez de utilizarse un ordenador de bolsillo, también puede utilizarse una capacidad multimedia desde un ordenador portátil o uno de pequeño tamaño donde el usuario puede tener una ventana abierta con un sitio Web, una videoconferencia en otra y un documento complejo en otra ventana. La compartición de documentos con una capacidad de videoconferencia, como se muestra en la Figura 11.23, es un ejemplo de la demanda de gran ancho de banda para las comunicaciones inalámbricas. Aquí el usuario final puede ser un SOHO o un teletrabajador desde su casa o un trabajador móvil que llama desde la habitación de un hotel. Por desgracia, pocos hoteles ofrecen servicios de alta velocidad de Internet o un servicio de marcación manual a velocidades de banda ancha; por lo tanto, el acceso inalámbrico debe ser bastante transportable como para llevarlo encima.

Aplicaciones inalámbricas

Figura 11.22.

Videoconferencia en tiempo real en una Palm, servicio disponible al instante.

Figura 11.23.

Multimedia en un ordenador portátil con conexiones inalámbricas entre 1,5 y 2 Mbps.

295

296

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

REUNIONES DE PROPÓSITO ESPECÍFICO POR INFRARROJOS No se puede ignorar que en un lugar dinámico de trabajo la necesidad de establecer una comisión o un equipo de trabajo de propósito específico o «ad hoc» estará siempre presente. Con independencia de que se destinen al diseño de un producto, la gestión de un proyecto, la comercialización o las ventas, estos grupos necesitan tener la capacidad de compartir la información. Muchas veces se reúnen en sitios alejados para poder manejar su trabajo de manera confidencial o para conseguir el máximo rendimiento y concentración sin las interrupciones cotidianas. A menudo, intentamos reservar un servicio (como un hotel o cualquier otro refugio) donde esta gente trabaja y comparte su información. En muchos casos, la interconectividad de alta velocidad no está disponible, lo cual limita los lugares donde se pueden celebrar las reuniones. En otros casos, se puede utilizar una mezcla de interconexiones y de esquemas cableados, que disuaden el trabajo real actual. En consecuencia, las intercomunicaciones inalámbricas en un entorno «ad hoc», según se muestra en la Figura 1 1.24, funcionan extremadamente bien. Los resultados proporcionan conexiones baratas, igual conectividad para todo el grupo y una mejora del trabajo. Esto es eficaz para las comisiones establecidas a largo plazo, pero también funcionará para las reuniones improvisadas y compartir documentos al instante.

FINALMENTE EL EQUIPO CAMBIA No estamos teniendo un punto de vista correcto y sólo estamos tratando las PDA, como los dispositivos Palm y Visor; si n embargo, también deberíamos fijarnos en los cambios que sufren los equipos de telefonía (en los teléfonos celulares). En realidad, los dispositivos

Figura 11.24.

Compartición de ficheros en una reunión «ad hoc» con RF o infrarrojos.

Aplicaciones inalámbricas

297

están transformándose en teléfonos más potentes pero también están adoptando funcionalidades de PDA, como se muestra en la Figura 11.25. Algunos teléfonos como los PCS de Kyocera incluyen una PDA en el teléfono, haciendo del terminal un dispositivo más accesible y con capacidad Web. Se dice que actualmente la arquitectura PCS, que utiliza un acceso CDMA, permite el acceso a velocidades de hasta 144 Kbps pero evolucionará hasta completar los 2 Mbps de cdma2000. El teléfono (teléfono inteligente) se abre para descubrir un juego de herramientas que permite la marcación por voz y el acceso Web; sin embargo, el sistema operativo de Palm es el que incorpora las funciones de ordenador de bolsillo, teléfono y buscapersonas, todo en uno. Todo esto supone un cambio de sentido. Otros seguirán del mismo modo con dispositivos que compitan de cerca con el entorno de CDMA y TDMA.

TELEFONO INALÁMBRICO EN CHICAGO Motorola, por otra parte, eligió alejarse del equipo de telefonía e introdujo su dispositivo Accompli, que es un teléfono móvil que no parece un teléfono. También es un PIM y ofrece protocolos trimodo para GPRS y GSM, funcionalidad de teléfono, acceso a Internet, correo electrónico y SMS con un teclado completo QWERTY y pantalla de 256 colores, como se observa en la Figura 11.26. Puestos a capitalizar el despliegue de las redes GSM/GPRS en Norteamérica, el dispositivo Accompli ofrece a los usuarios de empresas un primer acercamiento al nuevo mundo de las comunicaciones de los dispositivos portátiles que en Norte América estarán disponibles con la introducción de las redes globales y el acceso a los datos de alta velocidad. Funciona con el sistema operativo de Windows y soporta unas 30 aplicaciones diferentes. Con un puerto de datos por infrarrojos, los usuarios pueden enviar y recibir importantes documentos por fax, imprimir con impresoras compatibles o transmitir tarjetas de empresa a dispositivos compatibles.

(Fuente: Kyocera) Figura 11.25.

La combinación teléfono y PDA ofrece Internet de alta velocidad y telefonía.

298

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

(Fuente: Motorola) Figura 11.26.

El dispositivo Accompli no parece un teléfono.

¿HACIA DÓNDE VOY? Otra aplicación que se está volviendo cada vez más interesante conforme vamos progresando es el uso de la siguiente generación de dispositivos inalámbricos para servicios de localizacion. Al utilizar un servicio del tipo GPS, se puede trazar la ubicación actual y las rutas hacia donde se desea ir. Cuando se utiliza tal servicio se busca una aplicación novedosa y robusta. No sería bueno tener tasas lentas de transferencia de datos en el momento en el que se necesitan las direcciones. Por lo tanto, se pueden conseguir capacidades de localizacion casi en tiempo real utilizando un servicio GPRS o EDGE con velocidades entre 170 Kbps y 384 Kbps. Esto también funciona en las aplicaciones de seguimiento de vehículos donde un «despachador» puede desear determinar la localizacion de una camioneta para recoger la carga de un producto. La utilización de los servicios de localizacion triangulados con un servicio GPS hace que la aplicación se convierta en una realidad. Por otra parte, este servicio de localizacion podría encontrarse en un chip integrado en el vehículo para realizar su seguimiento en el caso de hurto o de pérdida. La localizacion real del vehículo necesita realizarse en tiempo real si se planea «cazarlo» (o divulgar el suceso a las autoridades). No será bueno si en la pantalla se pinta la localizacion a una velocidad de conexión lenta y se tarda unos minutos en cargar la información. Para cuando lleguen las autoridades, el vehículo ya estará lejos. Por otra parte, la comprobación de información del tipo horarios de vuelos y trenes desempeña un papel igualmente importante en el uso del dispositivo. El terminal de mano con acceso a servicios de mapas y horarios que se muestra en la Figura 11.27 es un ejemplo de lo que Nokia está desarrollando con este propósito. Se puede hacer una reserva en línea y coger el siguiente tren disponible hacia donde se desee ir.

Aplicaciones inalámbricas

299

(Fuente: Nokia) Figura 11.27.

Servicios de Idealización en una interíaz de alta velocidad.

¿CÓMO LLEGO DESDE AQUÍ HASTA ALLÍ? De manera inevitable, todos deseamos llegar al momento en el que podamos utilizar los dispositivos y redes de comunicaciones de alta velocidad. En algunos casos, hay que ser pacientes mientras que los operadores despliegan sus redes y las ofrecen al público. En otros casos, hay que comenzar con la experiencia de las comunicaciones de banda ancha locales/domésticas que utilizan una red WLAN o HomeRF. No obstante, se puede observar algunas de las características emergentes en las localizaciones esporádicas, puesto que aún queda tiempo para que la cobertura sea total. Pero, ¿cómo se planea la estrategia de la migración? Se pueden tomar algunas medidas para prepararse para las redes inalámbricas de banda ancha en casa y fuera de casa. Estos pasos incluyen la participación por igual de gestores y de usuarios, así como la planificación de los presupuestos. Comience fijando una estrategia de gestión sobre cómo será la migración y qué departamentos, aplicaciones y usuarios estarán implicados. Los pasos pueden incluir los que se muestran a continuación en la Tabla 1.1. Usted puede agregar o suprimir apropiadamente cualquier artículo de esta lista según su propia organización. La lista no es exhaustiva pero establece las etapas del desarrollo de la estrategia. Al final de las pruebas y del despliegue del sistema, las tres preguntas que se debe poder responder son las siguientes:  ¿Qué es?  ¿Qué va a hacer por mí?  ¿Qué va a costarme? No importa que «añada otra guinda al pastel»: las preguntas y respuestas siempre se reducen a estos tres factores. Si no puede responder a las preguntas, será mejor que comience de nuevo.

300

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

Tabla 11.1. Resumen de los pasos para planificar una red de banda ancha inalámbrica Paso

Qué se está intentando realizar

Valoración de las necesidades

1. ¿Cuáles son las expectativas de gestión con un plan de acceso inalámbrico? 2. ¿Qué creen los usuarios que necesitan? 3. ¿Cuál será el impacto de añadir una red de comunicaciones de baja velocidad a una red cableada de alta velocidad? 4. ¿Qué puede conseguirse con las comunicaciones inalámbricas que antes no se pudiera? 5. ¿Hay algún problema de licencias? 6. ¿Hay restricciones en cuanto a los métodos de acceso permitidos? 7. ¿Se utilizará VPN? 8. ¿Cómo controlará el acceso? 9. ¿Es necesaria una propiedad inmobiliaria para ubicar el transmisor?

Desarrollo de un plan preliminar

1. Realizar la investigación necesaria respecto a tecnologías, como WLAN, HomeRF y Wi-FI. 2. Entender las diferencias entre los sistema RF y los ópticos. 3. Consultar con los proveedores dónde se relacionan los productos con los estándares. 4. ¿Hay necesidades o problemas relacionados con la interoperabilidad? 5. ¿El equipo cumple el estándar (es)? ¿Hay planes de futuro que los cambiarán?

Desarrollo de una inversión preliminar

1. Entender los costes aproximados por usuario. 2. Observar las diferentes posibilidades (por arriba y por abajo), velocidades y métodos de acceso. 3. ¿Qué se puede utilizar durante las pruebas y qué se puede dejar para luego? 4. ¿Cuál es el coste de formación necesario para los usuarios? 5. ¿Qué herramientas necesita que sean diferentes? (coste y personal) 6. ¿Se introducirán nuevas aplicaciones? (coste) 7. ¿Va la compañía a encargarse de las herramientas o es responsabilidad del usuario comprarlas?

Establecimiento de un período de prueba

1. Después de determinar la aplicación, instalar el software en los PC y en los demás dispositivos. 2. Pedir componentes (hardware). 3. Establecer un período de prueba razonable (de 60 a 90 días si se ve oportuno). 4. Fijar los departamentos implicados. 5. Decidir cómo respaldar las aplicaciones, los componentes (dispositivos de mano, tarjetas, etc.) y los métodos de acceso. 6. Determinar lo que conduce al éxito de la prueba. ¿Cuáles son los factores que se mejorarán? 7. ¿Parece que el plan aumenta o incrementa los costes? 8. ¿Es el acceso el factor que influirá a la gestión o serán los usuarios?

Pruebas

1. Establecer un coordinador que sea responsable de asegurar que la prueba se ejecuta de acuerdo a lo planeado. 2. Establecer un procedimiento para reportar errores, problemas y otros asuntos. 3. Asegurarse de que los datos son seguros y el acceso está a prueba de «piratas». (Continúa)

Aplicaciones inalámbricas

301

Tabla 11.1. Resumen de los pasos para planificar una red de banda ancha inalámbrica (Continuación) Paso

Qué se está intentando realizar 4. Arrancar departamento por departamento la implementación de la aplicación. 5. Introducir complicaciones si es posible para observar si pueden resolverse con facilidad. 6. Probar la capacidad del proveedor para responder a los problemas. 7. Comprobar la opinión de los usuarios y calmar los problemas tan pronto como sea posible. 8. Documentar todo lo que se hace.

Planificación de la formación

1. Formar al personal IS en los requisitos de operación. 2. Formar a los usuarios sobre cómo utilizar las aplicaciones y los servicios. Incluya cualquier procedimiento de acceso nuevo y cualquier software para el aprendizaje VPN si se selecciona. 3. Formar a la plantilla técnica sobre cómo resolver los problemas hardware y software de la red.

Finalización de la prueba

1. Saber cuándo puede decirse que se ha finalizado y compilar los resultados de la prueba. 2. Documentar los resultados planeados y los reales. 3. Preparar un breve informe sobre lo que funciona y lo que no funciona. Estar preparado para discutir por qué no funcionó algo. 4. Verificar la entrada de datos del personal, del departamento de gestión, de las mejoras de la gestión de la relación con el cliente y otros factores. 5. ¿Ha cambiado alguno de los factores de éxito?

Implantación

1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Si la prueba tuvo éxito, entonces planificar su implantación en masa. Añadir nuevos departamentos de una sola vez. Seguir todos los resultados con cada nuevo departamento añadido. Documentar cualquier cambio. Mantenerse al tanto del presupuesto. Mantener al personal informado. Mantener a los clientes informados. Finalizar toda la formación, departamento por departamento. Buscar nuevas aplicaciones que den sentido al negocio.

Mantenimiento de la red

1. 2. 3. 4. 5.

No detenerse. Mantener la comprobación de todo. Añadir equipos nuevos o actualizados. Actualizar las aplicaciones si fuese necesario. Comprobar el equipamiento de mano (si lo mantiene por usted mismo). Seguir los informes de gestión.

COMENTARIOS FINALES Hemos viajado por un camino largo y tortuoso. A lo largo del mismo de vez en cuando han surgido diversas rutas afluentes (diferencias tecnológicas) y obstáculos (problemas de interoperabilidad). Sin embargo, si pensamos de nuevo en dónde comenzó todo esto, quisiera estar seguro de que usted descubrió las opciones disponibles, las oportunidades de aumentar la productividad y las maneras de seleccionar una solución realizable con la que sentirse más cómo-

302

Comunicaciones inalámbricas de banda ancha

do. Existen muchas opciones que están disponibles, cada una con sus aspectos positivos y negativos. Usted, el usuario, debe tomar su propia decisión, pero ahora estará mejor preparado para plantear a los proveedores las preguntas apropiadas. No hay respuestas buenas ni malas. Debe tomar una decisión; ¡si para usted funciona, entonces es la decisión correcta! Si para usted no funciona, entonces vuelva a pensarlo. No sienta que necesita encerrarse en un camino sin salida. Escoja las soluciones de banda ancha inalámbricas según la disponibilidad. Y a propósito, intente disfrutar mientras que utiliza estos servicios. Imagínese utilizar un dispositivo portátil de mano o del tipo reloj de pulsera que proporciona una productividad enorme y reúne diversas herramientas en un solo dispositivo. Este es el entusiasmo por el mundo inalámbrico. ¡Buena suerte!

ACRONIMOS

2G

3G

3GPP 3GSM A5 AC ACÁ ACK ACTS ADPCM AM (o ASK)

AMPS AP API APN ASP

Second Generation Segunda generación; nombre genérico para la segunda generación de redes de comunicaciones móviles digitales (como, por ejemplo, GSM) Third Generation Tercera generación 3G-CDMA Third-Generation wireless CDMA Comunicaciones inalámbricas CDMA de tercera generación Third-Generation Partnership Projcct Proyecto conjunto de tercera generación Third-Generation GSM GSM de tercera generación GSM privacy algorithm Algoritmo de privacidad GSM Authentication Center Centro de autenticación Automatic Channel Assignment Asignación automática de canal Acknowledgement Acuse de recibo Advanced Communication Technology Satellite Satélite de tecnología de comunicación avanzada Adaptive Differential Pulse Code Modulation Modulación de impulsos codificados diferencial Amplitude Modulation (or Amplitude Shift Keying) Modulación de amplitud (o Modulación por desplazamiento de amplitud) Advanced Mobilc Phone Service Servicio de telefonía móvil avanzada Access Point Punto de acceso Application Programming Interface Interfaz de programa de aplicación Access Point Ñame Nombre del punto de acceso Application Service Providers Proveedores de servicio de aplicación

304

Acrúnimos

ATDMA AUC BARG BCS BER BG BGP Bps BSC BSS BSSGP BSSMAP BST BTS CAGR CAMEL CAP CBC-IF CBS CC CCA CDMA CDPD CE1R CEPT

Asynchronous Time División Multiplexing Access Acceso múltiple por división de tiempo asincrono Authentication Center Centro de autenticación Billing and Accounting Rapporteur Group Grupo de trabajo encargado de asuntos financieros Block Check Sequence Secuencia de verificación de bloque Bit Error Rate Tasa de error de bits Border Gateway Pasarela fronteriza Border Gateway Protocol Protocolo de pasarela fronteriza Bits per second Bits por segundo Base Station Controller Controlador de la estación base Base Station Subsystems Subsistemas de la estación base BSS GPRS Protocol Protocolo GPRS del subsistema de estación base Base Station System Mobile Application Part Parte de aplicación móvil del sistema de estación base Base Station Transceiver Transceptor de la estación base Base Transceiver Station Estación base transceptora Compound Annual Growth Rate Tasa de crecimiento anual compuesto Customized Application for Mobile Enhanced Logic Aplicación personalizada para la lógica mejorada de redes móviles Competitive Access Provider Proveedor de acceso competitivo Cell Broadcast Center Interface Interfaz del centro de difusión de la célula Cell Broadcast Short Message Service Servicio de difusión de mensajes cortos en la célula Control Channel Canal de control Clear Channel Assessment Estimación de desocupación del canal Code División Múltiple Access Acceso múltiple por división de código Cellular Digital Packet Data Datos por paquetes celulares digitales Central Equipment Identity Register Registro central de identidad de equipos Conference of European Posts and Telecommunications Comisión Europea de Administraciones Postales y de Telecomunicaciones

Acrónimos

CMRS CO COCC COMP128

CRC CETC CS CSD CSG CTIA DAMPS DBMS DCA DCCH DCF DCS DFA DHCP DIFS DL DM DNS DS DSI DSSS

Commercial Radio Service Servicio de radiocomunicación comercial Central Office Central telefónica Constellation Operations Control Center Centros de control de operaciones de la constelación A3/A8 authentication and cipher key generation algorithm Algoritmos A3/A8 para la generación de la clave de cifrado y para la autenticación Cyclic Redundancy Check Prueba de redundancia cíclica Canadian Radio and Televisión Commission Comisión Canadiense de Radio y Televisión Circuit-switched; cell station or cell site Conmutación de circuitos; estación o emplazamiento celular Circuit-switched data Datos por conmutación de circuitos Communications Strategy Group Grupo de estrategia de comunicaciones Cellular Telecommunications Industry Association Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones Celulares Digital AMPS AMPS digital Datábase Management System Sistema de gestión de la base de datos Dynamic channel assignment Asignación dinámica de canal Digital Control Channel Canal de control digital Distributed Coordination Function Función de coordinación distribuida Data Coding Scheme; Digital Cellular System Esquema de codificación de datos; Sistema celular digital Designated Filing Área Área de clasificación designada Dynamic Host Configuration Protocol Protocolo dinámico de configuración del ordenador anfitrión DCF Inter-Frame Spacing Espacio entre tramas de la función de coordinación distribuida Dow nLink Enlace descendente DataTAC Messaging Mensajería DataTAC Domain Ñame System Sistema de nombre de dominio Direct Sequence Secuencia directa Digital Speech Interpolation technique Interpolación digital de la voz Direct Sequence Spread Spectrum Espectro ensanchado por secuencia directa

305

306

Acrónimos

DTD

EBRC EC ECS A EDACS EDGE EIA EIR EMC EME ETDMA ETSI FCC FDD FDMA FF FH FHMA FM (o FSK) FMS FWRA Gb Gc GC GCF

Document Type Definition, defmition of a language built on XML or SGML Definición del tipo de documento, definición de un lenguaje basado en XML o SGML EMC and Bio-effects Review Committee Comité de Revisión de Efectos Biológicos y de EMC Executive Committee Comité ejecutivo Exchange Carriers Standards Association Asociación de Estándares de Operadores de Intercambio Enhanced Digital Access Communications System Sistema de comunicaciones con acceso digital mejorado Enhanced Data rates for GSM Evolution Tasas de datos mejoradas para la evolución de GSM Electronic Industries Association Asociación de Industrias Electrónicas Equipment Inventory Register Registro de identidad de equipos Electro-Magnetic Compatibility Compatibilidad electromagnética Electromagnetic Energy Energía electromagnética Extended Time División Múltiple Access Acceso múltiple por división de tiempo extendido (o TDMA ampliado) European Telecommunications Standards Institute Instituto Europeo de Normalización de Telecomunicaciones Federal Communications Commission Comisión Federal de Comunicaciones Frequency División Dúplex Dúplex por división en frecuencia Frequency División Múltiple Access Acceso múltiple por división de frecuencia Fraud Forum Foro del fraude Frequency Hopping Saltos de frecuencia Frequency Hopping Múltiple Access Acceso múltiple por saltos de frecuencia Frequency Modulation (or Frequency Shift Keying) Modulación de frecuencia (o Modulación por desplazamiento de frecuencia) Fraud Management System Sistema de gestión del fraude Fixed Wireless Radio Access Acceso radio inalámbrico fijo Interface between a SGSN and a BSS Interfaz entre un SGSN y el BSS Interface between a GGSN and a HLR Interfaz entre un GGSN y un HLR Group Chairmen (group) Presidente de grupo Global Certification Forum Foro global de certificación

Gd

GEO Gf GGRF GGSN GHz G1 GIWU GMSC GMSK Gn Gp GPDS GPRS GPS Gr Gs GSM GSMA GSN GTP GTR GUTS GW HDLC

Acrónimos Interface between a SMS-GMSC and a SGSN, and between a SMS-IWMSC and a SGSN Interfaz entre el SMS-GMSC y el SGSN, y entre el SMS-IWMSC y el SGSN Geosynchronous Orbit Órbita geosíncrona Interface between a SGSN and an EIR Interfaz entre el SGSN y el EIR GSM Global Roaming Forum Foro de Itinerancia Global GSM Gateway GPRS Support Node Nodo de soporte de GPRS pasarela Gigahertz Gigahercio Reference point between GPRS and an external packet data network Punto de referencia entre GPRS y una red de paquetes de datos externa GSM Interworking Unit Unidad de interfuncionamiento GSM Gateway Mobile Services Switching Center Central de conmutación del servicio móvil pasarela (MSC pasarela) Gaussian Minimum Shift Keying Modulación digital gausiana por desplazamiento mínimo Interface between two GSNs within the same PLMN Interfaz entre dos nodos GSN dentro de la misma PLMN Interface between two GSNs in different PLMNs Interfaz entre dos nodos GSN en diferentes PLMN General Packet Data Services Servicios generales de paquetes de datos General Packet Radio Service Servicio general de radiocomunicaciones por paquetes Global Positioning System Sistema de posicionamiento global Interface between an SGSN and an HLR Interfaz entre el SGSN y el HLR Interface between a SGSN and an MSC/VLR Interfaz entre el SGSN y la MSC/VLR Global System for Mobile Communication Sistema global para comunicaciones móviles GSM Association Asociación GSM GPRS Support Node (xGSN) Nodo de soporte de GPRS (xGSN) GPRS Tunneling Protocol Protocolo de túneles GPRS Group Trailer Grupo de remolque (o cola), que indica el fin de un paquete General UDP Transport Service Servicio general de transporte UDP Gateway Pasarela High-Level Data Link Control Control del enlace de datos de alto nivel

307

308

Acrónimos

HDML HF HLR HSCSD

HTML HTTP HUR Hz iDEN IE IETF IIDB IIF IMEI I MSI IMT2000 IMTS IOT IP IPR IR IrDa IREG IRTF IS

Handheld Device Markup Language Lenguaje de marcas para dispositivos de mano High Frequency Altas frecuencias Home Location Register Registro de localización de abonados locales (o domésticos) High-Speed Circuit Switched Data Datos por conmutación de circuitos a alta velocidad, actualización software de las redes celulares que proporciona a cada abonado 56K de datos HyperText Markup Language Lenguaje de marcas de hipertexto, lenguaje de definición de documentos de WWW HyperText Transfer Protocol Protocolo de transferencia de hipertexto, protocolo de transferencia de WWW High Usage Report Informe de la utilización elevada del sistema Hertz Hercio Integrated Digital Enhanced Network Red mejorada digital integrada Information Element Elemento de información Internet Engineering Task Forcé Grupo de trabajo de ingeniería de Internet Interworking Issues Datábase Base de datos de asuntos de interconexión Interworking and Interoperability Function Función de interconexión e interoperabilidad International Mobile Equipment Identity Identidad internacional del equipo móvil International Mobile Subscriber Identity Identidad internacional del abonado móvil International Mobile Telecommunications 2000 Telecomunicaciones móviles internacionales Improved Mobile Telephone Service Servicio de telefonía móvil mejorado Inter-Operator Tariff Tarifa entre operadores Internet Protocol Protocolo de Internet Intellectual Property Rights Derechos de la propiedad intelectual Infrared Infrarrojos Infrared port Puerto de infrarrojos International Roaming Expert Group Grupo de expertos de itinerancia internacional Interstandard Roaming Task Forcé Grupo de trabajo de itinerancia entre estándares Information Services Servicios de información

Acrónimos

ISG ISM ISP IST IWF 1WU KHz L2TP LAN LAP-D LAPi LEO LLC LOS LPC LSB MAC MAHO MAP MDBS MDG MD-IS MDLP MEO MF-TDMA

IMT2000 Steering Group Grupo directivo de 1MT2000 Industrial, Scientific and Medical Industrial, Científica y Médica Internet Service Provider Proveedor de servicios de Internet Information Services Technology Tecnología de los servicios de información Interworking Function Función de interconexión Interworking Unit Unidad de interconexión Kilohertz Kilohercio Layer two Tunneling Protocol Protocolo de túneles de la Capa 2 Local Área Network Red de área local Link Access Protocol-Data Channel Protocolo de acceso al enlace de datos del canal Link Access Protocol iDEN Protocolo de acceso iDEN Low Earth Orbit Órbita baja Logical Link Control Control del enlace lógico Line Of Sight Línea de visión o Visibilidad directa Linear Predictive Coding Codificación lineal predictiva Least Significant Bits Bits menos significativos Médium Access Control Control de acceso al medio Mobile-Assisted Handoff Traspaso asistido por el móvil Mobile Application Part Parte de aplicación móvil Mobile Data Base Station Estación base de datos móviles Mobile Data Gateway Pasarela de datos de móviles Mobile Data-Intermediate System Sistema intermedio de datos de redes móviles Mobile Data Link Protocol Protocolo de enlace de datos de redes móviles Mid-Earth Orbit Órbita media Multi-Frequency Time División Múltiple Access Acceso múltiple por división de tiempo multifrecuencia

309

310

Acrónimos

MGL MHz MIS MM MMI MMS MPL MPS MRP MS MSA MSC MSISDN

MSS MTP MTSO NADC N-AMPS NAM ÑAS NIF NMS NOC NOCC OA&M

Máximum Group Length Longitud máxima de grupo Megahertz Megahercio Management Information Service or System Support Sistema de gestión de la información o sistema soporte Mobility Management Gestión de la movilidad Man Machine Interface Interfaz hombre-máquina Multimedia Messaging Service Servicio de mensajería multimedia Máximum Packet Lifetime Tiempo de vida máximo del paquete (constante) Máximum Packet Size Tamaño máximo del paquete Market Representation Partner (within 3GPP) Socio de representación del mercado (dentro de 3GPP) Mobile Station (ME + SIM) Estación móvil (ME + SIM) Metropolitan Service Áreas Áreas de servicio metropolitanas Mobile-services Switching Center (for PDC); Mobile Switching Center Central de conmutación del servicio móvil Mobile Subscriber ISDN Número RDSI del abonado móvil (número de teléfono o dirección del dispositivo) Máximum Segment Size Tamaño máximo de segmento Message Transfer Part Parte de transferencia del mensaje Mobile Telephone Switching Office Central de conmutación de telefonía móvil North American Dual-Mode Cellular Sistema celular dual norteamericano Narrowband Advanced Mobile Phone Service Servicio de telefonía móvil avanzada de banda estrecha Number Assignment Modules Módulos de asignación numérica Network Access Server Servidor de acceso a la red Network Interface Facility Utilidad (o infraestructura) de interfaz de red Network Management System Sistema de gestión de red Network Operations Center Centro de operaciones de red Network Operations Control Center Centro de control de las operaciones de red Operations, Administration and Management Operaciones, administración y gestión

Acrónimos

OR OSS PACCH PAGCH PAN PBCCH PBCH PBS PCCCH PCCH PCIA

PCM PCN PCS PCU PDA PDC PDCH PDLP PDN PDF PDTCH PHS PHY PLCP

Optimized Routing Encaminamiento optimizado Operations Support System Sistema de soporte de operaciones Packet Associated/Acknowledgement Control Channel Canal de paquetes de control asociado/de recibo Packet Access Grant Channel Canal de paquetes de acceso concedido Personal Área Networks Redes de área personal Packet Broadcast Control Channel Canal de paquetes de control de difusión Packet Broadcast Channel Canal de difusión de paquetes Personal Base Stations Estaciones base personales Packet Common Control Channel Canal de control común de paquetes Packet Control Channel Canal de control de paquetes Personal Communications Industry Association Asociación de la Industria de las Comunicaciones Personales Pulse Coded Modulation Modulación por impulsos codificados Personal Communications Network Red de comunicaciones personales Personal Communications Services Servicios de comunicaciones personales Packet Control Unit Unidad de control de paquetes Personal Digital Assistant Asistente personal digital Personal Digital Cellular Sistema celular personal digital Packet Data Channel Canal de datos por paquetes Packet Data Link Protocol Protocolo del enlace de datos por paquetes Packet data network Red de datos por paquetes o Red de paquetes de datos Packet Data Protocol Protocolo de datos por paquetes Packet Data Traffic Channel Canal de tráfico de datos por paquetes Personal Handy Phone System Sistema personal de telefonía de mano Physical Capa física Physical Layer Convergence Protocol Protocolo de convergencia de la capa física

311

312

Acrónimos

PLL PLMN PM (o PSK) PMD PN PNCH POP POTS PPCH PPP PRACH PRD PSPDN PSTN PTCH PTM PTP PVC QAM QoS QPSK R&TTE RAD1US RAS RF

Physical Link sublayer Subcapa del enlace físico Public Land Mobile Network Red móvil terrestre pública Phase Modulation (or Phase Shift Keying) Modulación de fase (o Modulación por desplazamiento de fase) Physical Médium Dependent Dependiente del medio físico Pseudo-random Noise Ruido pseudoaleatorio Packet Notification Channel Canal de aviso de paquete Point of Presence, Population unit Punto de presencia, Unidad de población Plain Oíd Telephone Service Servicio de telefonía analógica convencional Packet Paging Channel Canal de radiobúsqueda de paquetes Point-to-Point Protocol Protocolo punto a punto Packet Random Access Channel Canal de paquetes de acceso aleatorio Permanent Reference Document Documento de referencia permanente Packet Switched Public Data Network Red pública de datos por conmutación de paquetes Public-Switched Telephone Network Red telefónica conmutada pública Packet Traffic Channel Canal de tráfico de paquetes Point-to-Multipoint Punto a multipunto Point-to-point Punto a punto Permanent Virtual Circuit Circuito virtual permanente Quadrature and Phase Modulation Modulación de fase y cuadratura Quality of Service Calidad de servicio Quadrature Phase Shift Keying Modulación cuaternaria por desplazamiento de fase Radio and Telecommunications Termináis Executive Directiva de equipos de radiocomunicación y terminales de telecomunicación Remote Authentication Dial-ln User Service Servicio de usuario de acceso telefónico de autenticación remota Remote Access Server Servidor de acceso remoto Radio Frequency Radiofrecuencia

Acrónimos

RFCL RFL R1TL RLC RLP RTT SACCH SAR SAS SATIG SATK o STK SCAG SCCP SCR SEA SERG SG SGML

SGSN S1G SIM SLA SMG SMPP SMR

313

Radio Frequency Convergence Layer Capa de convergencia de radiofrecuencia RF sublayer Subcapa RF Radio in the Loop Concept Radiocomunicación en el concepto del bucle Radio Link Control Control del enlace radio Radio Link Protocol Protocolo del enlace radio Round-Trip Time Tiempo del viaje de ida y vuelta Slow Associated Control Channel Canal de control asociado lento Segmentation and Reassembly Segmentación y reensamblado Security Accreditation Scheme Esquema de acreditación de seguridad Satellite Interest Group Grupo de interés en satélites SIM (Application) Toolkit Juego de herramientas (aplicaciones) de SIM Smart Card Application Group Grupo de aplicación de tarjeta inteligente Signal Connection Control Part Parte de control de la conexión de señalización Standard Context Routing Encaminamiento de contexto estándar Spokesman Election Algorithm Algoritmo de elección del portavoz (o del orador) Services Experts Rapporteur Group Grupo de trabajo de expertos de servicios Security Group Grupo de seguridad Standardized General Markup Language Lenguaje general de marcas estandarizado, lenguaje general de marcas que puede adaptarse a diferentes aplicaciones con un DTD como HTML Serving GPRS Support Node Nodo de soporte de GPRS servidor Special Interest Group Grupo especial de interés Subscriber Identity Module Módulo de identidad del abonado Service-Level Agreement Acuerdo del nivel de servicio Special Mobile Group (of ETSI) Grupo especial de comunicaciones móviles (del ETSI) Short Message Peer to Peer Protocol Protocolo de igual a igual para mensajes cortos Specialized Mobile Radio Radiocomunicaciones móviles especializadas

314

Acrónimos

SMS SMSC SMSCB SNDCP SNR SONET SPT SS7 SSAE SSL TACS TAP3 TBF TCAP TCH TCP TCP/IP TDD TDMA TE TÍA TIA/EIA TID TLLI

Short Message Service Servicio de mensajes cortos Short Message Service Center Centro de servicio de mensajes cortos Short Message Service Cell Broadcast Difusión celular del servicio de mensajes cortos Subnetwork Dependent Convergence Protocol Protocolo de convergencia dependiente de la subred Signal to Noise Ratio Relación señal/ruido Synchronous Optical Network Red óptica síncrona Server Processing Time Tiempo de procesamiento del servidor Signaling System 7 Sistema de señalización número 7 Simplified Segmentation and Reassembly Segmentación y reensamblado simplificado Secure Sockets Layer Nivel seguro de conexión, protocolo de seguridad conocido como TLS Total Access Communications Services; Total Access Control System Servicios de control de acceso total; Sistema de control de acceso total Transferred Account Procedure 3 Procedimiento 3 de transferencia de factura (de las cuentas) Temporary Block Flow Flujo de bloques temporal Transaction Capability Application Part Parte de aplicación de las capacidades de transacción Traffic Channel Canal de tráfico Transmission Control Protocol Protocolo de control de transmisión Transmission Control Protocol/Internet Protocol Protocolo de control de transmisión/Protocolo de Internet Time División Dúplex Dúplex por división en el tiempo Time División Múltiple Access Acceso múltiple por división de tiempo Terminal Equipment Equipo terminal Telecommunications Industry Association Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones Telecommunications Industry Association/Electronic Industry Association Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones/Asociación de Industrias Electrónicas Tunnel Identifier Identificador de túnel Temporary Logical Link Identifier Identificador temporal del enlace lógico

Acrónimos TLS

Transport Layer Security Seguridad de la capa (o nivel) de transporte, protocolo de seguridad formalmente conocido como SSL TS Time Slot Intervalo de tiempo TSAP Transport Service Access Point Punto de acceso al servicio de transporte TSC Trunking System Controller Controlador del sistema troncal TTML Tagged Text Markup Language Lenguaje de marcas de texto etiquetado TTR Transmission Trailer Remolque (o cola) de la transmisión, indica el final de la transmisión UDCP USSD Dialog Control Protocol Protocolo de control de diálogo USSD UDH User-Data Header (see GSM 03.40) Cabecera de los datos de usuario {Véase GSM 03.40) UDHL User-Data Header Length Longitud de la cabecera de los datos de usuario UDL User-Data Length Longitud de datos de usuario UDP User Datagram Protocol Protocolo de datagramas de usuario UHF Ultra High Frequency Ultra altas frecuencias UL UpLink Enlace ascendente Um Interface between the MS and the GPRS fixed network part Interfaz entre la MS y la parte de red fija de GPRS UMTS Universal Mobile Telecommunications System Sistema universal de telecomunicaciones móviles UP Unified Protocol Protocolo unificado USF Uplink State Flag Bandera de estado del enlace ascendente USSD Unstructured Supplementary Service Data Datos de servicios suplementarios no estructurados USSDC Unstructured Supplementary Service Data Center Centro de datos de servicios suplementarios no estructurados UTRA Universal Terrestrial Radio Access Acceso radio terrestre universal UWCC Universal Wireless Communications Consortium Consorcio de las Comunicaciones Universales Inalámbricas VAS Value-Added Services Servicios de valor añadido VHF Very High Frequency Muy altas frecuencias VLR Visitor Location Register Registro de localización de abonados visitantes VoIP Voice over Internet Protocol Voz sobre IP

315

316

Acrónimos

VPLMN VPN VSAT VSELP WAE WAN WAP WARC

WASP WCAP W-CDMA

WCS WDP WI WISP WIT WLAN WLL WRC 2000 WSP WTA

WTLS

WTP

Visited Public Land Mobile Network Red pública móvil terrestre visitada Virtual prívate network Red virtual privada Very Small Aperture Terminal Terminal de apertura muy pequeña Vector Sum Excited Linear Predictor Predictor lineal excitado por la suma de vectores Wireless Application Environment Entorno de aplicaciones inalámbricas Wide Área Network Red de área extendida Wireless Application Protocol Protocolo de aplicaciones inalámbricas World Administrative Radio Conference Conferencia Mundial de Administración de las Radiocomunicaciones Wireless Application Service Provider Proveedor de servicios de aplicaciones inalámbricas Wireless Competitive Access Provider Proveedor inalámbrico de acceso competitivo Wideband Code División Múltiple Access Acceso múltiple por división de código de banda ancha Wireless Communications System Sistema de comunicaciones inalámbricas Wireless Datagram Protocol Protocolo de datagramas inalámbricos Wireless Internet Internet inalámbrico Wireless Internet Service Provider Proveedor de servicios de Internet inalámbrico Wireless Intelligent Termináis Terminales inteligentes inalámbricos Wireless LAN LAN inalámbrica Wireless Local Loop Bucle local inalámbrico World Radio Conference 2000 Conferencia Mundial de Radiocomunicación 2000 Wireless Session Protocol Protocolo de sesión inalámbrica Wireless Telephony Application Aplicación de telefonía inalámbrica, interfaz de programa de aplicación para controlar las características de telefonía del dispositivo Wireless Transport Layer Security Seguridad de la capa (o nivel) de transporte inalámbrico, protocolo de seguridad de WAP Wireless Transaction Protocol Protocolo de operaciones inalámbricas

Acrónimos

WWAN WWW XML

Wireless Wide Área Network Red inalámbrica de área extendida World Wide Web Red mundial Extendable Markup Language Lenguaje de marcas ampliable, un subconjunto de SGML

317

GLOSARIO

Acceso múltiple por detección de portadora con evasión de colisiones (CSMA/CA, Carrier Sense Múltiple Access with Colusión Avoidance). Técnica que controla el acceso al medio de los sistemas de transmisión de acceso múltiple. Una estación que desea transmitir algo primero detecta si el medio está libre y sólo en ese caso transmite la información. Acceso múltiple por división de código (CDMA, Code División Múltiple Access). Método de espectro ensanchado que permite que diversos usuarios compartan el mismo espectro de radiofrecuencias asignándoles a cada uno un código individual. Acceso múltiple por división de frecuencia (FDMA, Frequency División Múltiple Access). Método de transmisión radio que permite que muchos usuarios accedan sin interferirse a una serie de bandas de radiofrecuencias; para ello se asigna un canal de frecuencia individual a cada usuario activo. Acceso múltiple por división de tiempo (TDMA, Time División Múltiple Access). Técnica de acceso que asigna a cada abonado un intervalo de tiempo diferente en una frecuencia determinada. La compresión de la señal se consigue a muy altas frecuencias. Cada usuario puede enviar un mensaje fijo en una breve ráfaga de tiempo y de ese modo incrementar la capacidad del sistema. Acuse de recibo (Acknowledgment). Pequeño paquete de transmisión que el dispositivo receptor envía al emisor para indicar que los datos iniciales se han recibido sin errores. Alerta de mensajes (Message Alert). Una luz o cualquier otro indicador del teléfono inalámbrico que informa al usuario de la llegada de una llamada. Es una característica especialmente útil cuando el abonado inalámbrico dispone de correo vocal. También se conoce como indicador de llamada en ausencia. Alfanumérico (Alphanumeric). Mensaje u otro tipo de texto en pantalla que contiene letras (alfabeto) y números (numéricos). En cuanto a los sistemas inalámbricos, la «marcación por memoria alfanumérica» es un tipo especial de marcación a partir de la memoria que muestra en la pantalla del terminal de mano inalámbrico el nombre y el número de teléfono del individuo. El nombre también puede recordarse utilizando las letras del teclado del teléfono. Sin embargo, la marcación por memoria estándar sólo recuerda los números a partir de sus posiciones. Amplificador de bajo ruido (LNA, Low Noise Antplifier). Normalmente es el primer dispositivo activo de ganancia del receptor. Su misión consiste en amplificar la señal de baja potencia a partir de un gran número de posibles señales mientras que minimiza el ruido. Amplificador de potencia (PA, Power Amplifier). Dispositivo que proporciona al transmisor una elevada ganancia. Las típicas figuras de mérito incluyen datos de la ganancia, la eficiencia, la linealidad (en sistemas modulados en amplitud y fase) y la estabilidad.

320

Glosario

Ancho de banda (Bandwidth). Medida de la capacidad de transporte o tamaño del canal de comunicación. Para un circuito analógico, el ancho de banda es la diferencia entre la frecuencia más alta y la más baja que puede transmitir un medio y se expresa en hercios (Hz). Un Hz es igual a un ciclo por segundo. Antena no directiva (Nondirectional Antenna). Antena que transmite y recibe igualmente bien en todas las direcciones, normalmente en un sólo plano. También denominada antena omnidireccional. Antena (Antenna). Dispositivo para transmitir y/o recibir señales. El tamaño y la forma de las antenas quedan determinados en gran parte por la frecuencia de la señal que reciben. Las antenas son necesarias en el terminal inalámbrico asi como en la estación base. Área básica de comercio (BTA, Basic Trading Área). Área de servicio diseñada por Rand McNally y adoptada por la FCC para impulsar el despliegue rápido y la cobertura permanente de los Servicios de comunicaciones personales (PCS). Las BTA se forman a partir de los límites de una región por lo que generalmente cubren una ciudad y su entorno. Las BTA forman parte de las áreas principales de comercio (MTA). En EE.UU. hay definidas 493 BTA. Área de servicio rural (RSA, Rural Service Área). Es uno de los 428 mercados rurales designados por la FCC en los EE.UU. En cada RSA se permiten dos portadoras celulares. Véase también MSA, CGSA. Área estadística metropolitana (MSA, Metropolitan Statistical Área). Una MSA representa a uno de los 306 mayores mercados de población urbana diseñado por el gobierno de EE.UU. En cada MSA sólo se permite la presencia de dos operadores celulares. Área principal de comercio (MTA, Major Trading Área). Área de servicio diseñada por Rand McNally y adoptada por la FCC para impulsar el despliegue rápido y la cobertura permanente de los Servicios de comunicaciones personales (PCS). Creadas a partir de las Áreas básicas de comercio (BTA), las MTA generalmente se centran en una ciudad grande y cubren una zona del tamaño de un Estado. Hay 51 MTA en EE.UU. Véase también BTA. Asistente personal digital (PDA, Personal Digital Assistant). Dispositivo portátil capaz de transmitir datos. Estos dispositivos proporcionan servicios y capacidades tales como la radiobúsqueda, la mensajería de datos, el correo electrónico, los negocios bursátiles, el reconocimiento de escritura, capacidades de ordenador personal, el facsímil, la agenda y otras capacidades de manejo de información. Asociación internacional de tarjetas de memoria de ordenadores personales (PCMCIA, Personal Computer Memory Card Internacional Association). Organismo que establece el estándar para las tarjetas de PC. Autenticación (Authentication). Proceso que utilizan los operadores de comunicaciones inalámbricas para verificar la identidad de una estación móvil. Autonomía en espera (Standby Time). Tiempo que el terminal inalámbrico con la batería totalmente cargada puede permanecer encendido antes de que ésta se agote. Véase también Autonomia en llamada. Autonomía en llamada (Talk Time). Tiempo que habilita una batería totalmente cargada para hablar a través del teléfono inalámbrico sin recargarla. La capacidad de la batería de un teléfono normalmente se expresa en términos de minutos de autonomía en llamada u horas de autonomía en espera. Cuando se está hablando, el teléfono gasta más batería. Véase también Autonomía en espera. Banda ancha (Broadband). Transmisión cuyo ancho de banda es mayor que el de las transmisiones de voz convencionales. Banda base (Baseband). Banda de frecuencias que ocupan las señales que transportan la información antes de ser combinadas con una portadora en el proceso de modulación. Banda de aplicación industrial, médica y científica (ISM, Industrial, Science, and Medical). Bandas de frecuencias concedidas por la FCC para impulsar el desarrollo rápido de aplicaciones RF en un mercado de libre competencia. La autorización es automática.

Glosario

321

Bits por segundo (Bps, Bits per second). Unidad de medida para la tasa o velocidad de transmisión de los datos. Bluetooth. Tecnología de bajo coste y pequeño tamaño para enlaces de radiocomunicación de corto alcance entre ordenadores portátiles, teléfonos móviles y otros dispositivos portátiles. Se espera que permita a los usuarios conectar una amplia gama de dispositivos informáticos y de telecomunicación sin necesidad de utilizar cables. Bucle de enganche de fase (PLL, Phase Locked Loop). El PLL es un componente importante del sintetizador de frecuencias. Este dispositivo suministra un amplio y flexible rango de frecuencias internas que proporcionan al diseñador la posibilidad de crear un sintetizador que cumpla los requisitos de diseño. Bucle local inalámbrico (WLL, Wireless Local Loop). Red local de comunicaciones inalámbricas que «puentea» al operador de telefonía local y suministra una transmisión de datos fija a gran velocidad. Buscapersonas (Pager). Pequeños receptores portátiles que generalmente son baratos, fiables y de cobertura nacional. Estos dispositivos comenzaron como comunicadores de un único sentido, pero ahora tienen capacidad bidireccional, principalmente sobre las redes de datos de paquetes y redes PCS de banda estrecha. Canal (Channel). Trayecto en el que se transmite una señal de comunicaciones. Célula (Cell). Unidad geográfica básica de un sistema de comunicaciones inalámbricas. También es el término genérico que identifica a la industria de las comunicaciones celulares. Una ciudad o un país se divide en células pequeñas, cada una de las cuales está provista de un transmisor/receptor de baja potencia. Las células pueden variar en tamaño según el terreno, las demandas de capacidad, etc. Con el control de la potencia de transmisión se pueden limitar las radiofrecuencias asignadas a una célula a los límites de la misma. Cuando un teléfono inalámbrico se desplaza de una célula a otra, un ordenador de la Central de conmutación de telefonía móvil (MTSO) supervisa el cambio y, al mismo tiempo, transfiere (o traspasa) la llamada telefónica a la nueva célula y a otra radiofrecuencia. El traspaso se realiza con tal rapidez que resulta inapreciable para los usuarios. Central de conmutación de telefonía móvil (MTSO, Mobile Telephone Switching Office). Nombre dado al elemento que coordina la central. Designado como control común, la MTSO consta de procesadores de señal, memorias, redes de conmutación, circuitos de línea y servicios auxiliares. Circuito para operar correctamente (COP, Computer Operating Properly). Circuito que se utiliza para detectar el funcionamiento erróneo de un dispositivo y proporcionar un medio que restablezca el funcionamiento correcto. Cliente-Servidor (Client-Server). Configuración de red en la que los programas y la información residen en el ordenador servidor; los ordenadores clientes se conectan al servidor para acceder a los recursos e información de la red. CMOS (CMOS, Complementar)! metal oxide semiconductor). Tecnología de semiconductores elegida por su bajo consumo de potencia y su buena inmunidad frente al ruido. Codee. Abreviatura del equipo «Codificador y DECodificador», también denominado COFIDEC (COdificador-FIltro-DECodificador). Convierte las señales de audio en señales digitales y viceversa. Normalmente va acompañado de un conversor A/D (analógico a digital) y D/A (digital a analógico). Codificador de voz (Vocoder). Dispositivo utilizado para convertir la voz en señales digitales. Comprime la voz que se va a transmitir y después expande la que se recibe. El proceso se lleva a cabo con diversos algoritmos. Código estándar americano para el intercambio de información (ASCII, American Standard Codefor Information Interchange). Código estándar que utilizan los sistemas informáticos y de comunicación de datos para convertir los caracteres, números y signos de

322

Glosario

puntuación a un formato digital. Utilizando diversas aplicaciones, los dispositivos de comunicación y los ordenadores pueden reconocer los caracteres ASCII. Comisión Federal de Comunicaciones (FCC, Federal Communications Commission). Agencia gubernamental responsable de regular las telecomunicaciones en EE.UU. Compañía celular no cableada (Non-Wireline Cellular Company). Operador del Bloque A. Originalmente, la denominación A significaba alternativo, es decir, se refería al operador no Bell o no B de un mercado. La FCC, al establecer los permisos y las reglas de regulación para los sistemas celulares, decidió conceder licencias a dos sistemas celulares en cada mercado. Así pues, reservó una para la compañía de telefonía local y la otra quedó abierta al segundo sistema, el sistema del Bloque A, para otras aplicaciones de interés. La distinción entre Bloque A y Bloque B sólo fue significativa durante la fase de concesión de licencias. Una vez desplegado el sistema, éste puede venderse a cualquiera. Por eso, en algunos mercados actuales las compañías de telefonía son dueñas de los sistemas A y B; una es la compañía de telefonía local para la zona y la otra es la compañía telefónica que decide comprar un sistema celular fuera del territorio doméstico. Véase también Compañía celular inalámbrica. Compañía de central urbana (LEC, Local Exchange Company). Operador tradicional de telefonía local cableada que opera en régimen de monopolio. Compatibilidad electromagnética (EMC, Electromagnetic Compatibility). Capacidad de los equipos o de los sistemas para utilizarse dentro de los niveles de eficiencia diseñados sin que provoquen o sufran alguna degradación debido a la interferencia electromagnética no intencionada. La adecuada protección de los dispositivos reduce la interferencia. Compresión (Compression). Reducción del tamaño de los datos que se almacenan o se transmiten para ahorrar tiempo de transmisión, capacidad o espacio de almacenamiento. Comunicaciones inalámbricas 3G (Tercera generación) (3G ¡Third GenerationJ Wireless). El siguiente paso en el desarrollo de las comunicaciones inalámbricas son los sistemas 3G. La primera generación era analógica y la segunda digital (CDMA, TDMA y GSM). Se espera que los sistemas de tercera generación proporcionen aplicaciones de banda ancha, aplicaciones de datos de alta velocidad fijas y móviles. Conferencia Mundial de Radiocomunicación (WRC, World Radio Conference). Conocida formalmente como Conferencia Mundial de Administración de las Radiocomunicaciones (WARC, World Administrative Radio Conference), se trata de una reunión o congreso en el que se establecen las frecuencias internacionales. Conmutación de circuitos {Circuit Switched). Técnica de conmutación que establece una conexión dedicada e ininterrumpida entre el transmisor y el receptor. Conmutación de paquetes (Packet Switching). Envío de datos por paquetes a través de una red. El PAD (ver definición), a menudo denominado módem, junta los datos enviados en paquetes de datos individuales. Control automático de ganancia (AGC, Automatic Gain Control). Sistema que mantiene prácticamente constante la ganancia y, por lo tanto, la señal de salida de un receptor a pesar de las fluctuaciones de amplitud de la señal de entrada. Conversor analógico-digital A/D (ADC, Analog-to-Digital Converter). Conversor que representa de forma única todos los valores de una entrada de datos analógica en un rango especificado por un número de códigos de salida digital. Conversor elevador de frecuencia (Vpconverter). Dispositivo integrado que amplifica e incluye un mezclador elevador de frecuencia. Puede realizar otras funciones como el control de potencia y/o determinar la envolvente de transmisión. Conversor reductor de frecuencia (Downconverter). Dispositivo integrado que proporciona cierta ganancia y la conversión de una frecuencia a otra menor. Correo de voz (Voice Mail). Servicio de un sistema informático que responde a una llamada, proporciona un saludo y graba mensajes. Según la sofisticación del servicio, también pue-

Glosario

323

de informar al abonado, a través de un buscapersonas, que él o ella ha recibido una llamada. También se denomina mensajería vocal. Correo electrónico (¿i-mail or Electronic Mail). Mensajes enviados a través de las redes de comunicaciones fijas e inalámbricas. Cuota de servicio (Service Charge). Cantidad que se paga cada mes por recibir el servicio inalámbrico. Esta cantidad es fija y se paga con independencia de la frecuencia de utilización del teléfono. Datos por paquetes celulares digitales (CDPD, Cellular Digital Packet Data). Tecnología que permite fragmentar los ficheros de datos en paquetes y enviarlos en los canales libres de las redes celulares de voz existentes. Es una red de datos de área extendida que aprovecha la red celular AMPS (EE.UU.) existente enviando paquetes de datos sobre canales de voz no utilizados. Los datos se transmiten a una tasa de datos efectiva de 14,4-19,2 Kbps. Demodulación (Demodulation). Proceso de recuperación de una señal de baja frecuencia a partir de una portadora modulada. Ejemplos de señales de baja frecuencia son la voz y los datos de baja velocidad. Divisor de frecuencia (Prescaler). Dispositivo que divide la frecuencia (alta) del VCO en otra que pertenece al margen de funcionamiento del PLL. La mayoría de los divisores son capaces de operar con diferentes factores de división. La configuración más popular se conoce como divisor de doble módulo. Dúplex (Dúplex). Modo de funcionamiento que permite la transmisión y recepción simultánea de señales. Emisiones no ionizantes (Non-ionizing Emissions). Ondas radioeléctricas, haces infrarrojos y de luz visible que no afectan al equilibrio eléctrico de los átomos. Emplazamiento (Cell Site). Ubicación en la que se sitúan los equipos de comunicación de cada célula. Un emplazamiento incluye antenas, una estructura de soporte para éstas y diversos equipos de comunicación que lo conectan con el resto del sistema inalámbrico. Este equipamiento normalmente se instala en un pequeño recinto. Las antenas se colocarán en los emplazamientos aunque muchas se montan en torres donde las estructuras existentes disponen de un sitio más alto. Por ejemplo, se han colocado antenas en torres marítimas, en graneros y en tejados de edificios. Encriptación (Encryption). Conversión de los datos a un formato no legible para proteger su privacidad y que utiliza una clave de desencriptación para volver al formato original. La clave de encriptación pública utiliza la denominada RSA (corresponde a las iniciales de sus proveedores, Rivest, Shamir y Adleman). El método de Privacidad muy buena (PGP, Pretty Good Privacy) es un programa de criptografía para datos informáticos, correos electrónicos y conversaciones de voz. Enlace de línea (Trunk). Canal o circuito telefónico entre dos centrales telefónicas o dispositivos de conmutación. Ensamblador/Desensamblador de paquetes (PAD, Packet Assembler/Disassembler). Dispositivo que ensambla los caracteres en paquetes que se transmiten por una red de conmutación de paquetes. Un PAD también recibe paquetes y los desensambla en un formato que puede manejar el terminal o el ordenador principal. Espectro ensanchado por saltos de frecuencia (FHSS, Frequency Hopping Spread Spectrum). Técnica utilizada en los sistemas de transmisión por radio de espectro ensanchado, como son las LAN inalámbricas y algunos sistemas celulares PCS, que implica la conversión de un flujo de datos en un flujo de paquetes. Espectro ensanchado por secuencia directa (DSSS, Direct Sequence Spread Spectrum). Técnica que genera un patrón de bits redundantes por cada bit que se transmite. Este patrón de bits se denomina chip (o código de chips). Cuanto más larga es la secuencia chip, mayor es la probabilidad de que los datos originales puedan recuperarse (y, por supuesto, se necesita más ancho de banda). Incluso si durante la transmisión uno o más bits del chip resultan

324

Glosario

dañados, las técnicas estadísticas de la radiocomunicación pueden recuperar los datos originales sin necesidad de retransmitirlos. Para un receptor no deseado, DSSS aparece como ruido de banda ancha de baja potencia y es rechazado (ignorado) por la mayoría de los receptores de banda estrecha. Espectro ensanchado (Spread Spectrum). Técnica que reduce y evita la interferencia en el envío de una señal aprovechándose de los recursos estadísticos de la transmisión. El espectro ensanchado es una técnica de modulación que se utiliza en los sistemas inalámbricos. Los datos se empaquetan y se expanden sobre un amplio ancho de banda. Espectro (Spectrum). Concepto que a menudo se utiliza en el contexto de asignación de frecuencias y se refiere al conjunto de frecuencias asignadas a un tipo de servicio concreto. Estación base (Base Station). Receptor/transmisor central de radiocomunicación que soporta las comunicaciones de los teléfonos móviles que se encuentran dentro de un alcance determinado (habitualmente un emplazamiento celular). Estándar de encriptación de datos (DES, Data Encryption Standard). Clave privada de 56 bits, algoritmo de criptografía simétrico desarrollado por IBM en 1977 para la protección de datos informáticos no clasificados. Extensiones de correo electrónico multipropósito (MIME, Multipurpose Internet Mail Extensions). Formato estándar desarrollado y adoptado por el Grupo de trabajo de ingeniería de Internet (IETF, Internet Engineering Task Forcé), que permite incluir información no textual en el correo electrónico de Internet, es decir, que soporta la transmisión de mensajes multimedia a través de redes TCP/1P. Además de soportar datos binarios, audio y video, MIME es el estándar que permite transmitir texto en idiomas cuyos caracteres no pueden representarse en código ASCII. Extranet. Red como la Intranet que despliega una compañía para gestionar el negocio con sus clientes y/o suministradores. Las redes Extrañéis generalmente tienen áreas seguras para proporcionar información a clientes y socios externos. Frecuencia (Frequency). Medida de la energía, tal como una o más ondas por segundo, en una señal de información eléctrica u óptica. La frecuencia de una señal se presenta en ciclos por segundo o en Hercios (Hz). Función de almacenamiento y envío (Store-and-Forward). Función que permite que se transmita un mensaje a un punto de retransmisión intermedio y que se almacene temporalmente cuando el dispositivo receptor está ocupado. Gestor de información personal (PIM, Personal Information Manager). También conocido como un gestor de contactos, es una herramienta software que registra la información personal y de empresa, del tipo contactos, citas, listas, notas, oportunidades, etc. Gigahercio o mil millones de hercios (GHz, GigaHertz or Billions ofHertz). Los Servicios de comunicaciones personales operan en la banda de 1,9 GHz del espectro electromagnético. Véase también Hz, KHz, MHz. Grupo cerrado de usuarios (CUG, Closed User Group). Grupos de usuarios seleccionados que se comunican libremente dentro del grupo (entre ellos) pero que tienen restringidas las comunicaciones entrantes al grupo y a menudo también las salientes. Hercio (Hz, Hertz). Unidad de medida de la energía electromagnética equivalente a una onda o un ciclo por segundo. Identidad internacional de la estación móvil (IMSI, International Mobile Station Identifier). Número que el operador inalámbrico asigna a la estación móvil y que la identifica de forma única en el ámbito nacional e internacional. Identidad temporal de la estación móvil (TMSI, Temporary Mobile Station Identifier). Identifícador de la estación móvil (MS1D) que se envía sobre la interfaz aire y que la red asigna dinámicamente a la estación móvil. IEEE 802.11. Especificación para las redes de área local definida por el comité 802.11 del Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE, Institute of Electrical and Electro-

Glosario

325

nic Engineers). Es el estándar para las redes LAN inalámbricas de 1 Mbps y 2 Mbps y dispone de una única capa MAC para las siguientes tecnologías de la capa física: el espectro ensanchado por saltos de frecuencia, el espectro ensanchado por secuencia directa y la transmisión por infrarrojos. Igualador (Equalizer). Dispositivo de la red eléctrica cuyo retardo de fase o cuya ganancia varía con la frecuencia para compensar la característica de amplitud o de fase no deseada de una transmisión de línea dependiente de la frecuencia. Infrarrojos (Infrared). Banda del espectro electromagnético utilizada por las comunicaciones no guiadas y por algunos sistemas de transmisión por fibra óptica. Los sistemas de transmisión por infrarrojos habitualmente se utilizan para las transmisiones de corto alcance (hasta 20 pies), para las transmisiones de datos por el aire. Muchos ordenadores personales (PC) tienen puertos de infrarrojos, denominados Enlaces de datos serie por infrarrojos (1RDA, Infrared Serial Data Links), para sincronizarse con otros dispositivos. 1RDA soporta velocidades de hasta 1,5 Mbps. Instituto Nacional Americano de Normalización (ANSÍ, American National Standards Instituté). Organización fundada por miembros privados y sin ánimo de lucro que coordina el desarrollo de los estándares nacionales de EE.UU.; es el representante estadounidense en otras entidades de normalización internacionales como la Organización Internacional de Normalización (ISO, International Organization for Standardization). Interconexión (Interconnection). Encaminamiento del tráfico entre redes de diferentes compañías de comunicaciones. Interfaz común aire o radio (CAÍ, Common Air Interface). Estándar para la interfaz entre una red y un equipo de radiocomunicación. La CAÍ permite que diversos proveedores desarrollen equipos intcroperables. Interfaz de programa de aplicación (API, Application Programming Interface). Software que utiliza el programa de la aplicación para solicitar y llevar a cabo los servicios de bajo nivel ejecutados por el sistema operativo de un sistema informático o de telefonía. Interfaz gráfica de usuario (GUI, Graphical User Interface). Nombre de cualquier interfaz informática que sustituye las letras (caracteres) por gráficos (dibujos). Internet. Red global de redes de ordenadores enlazados y popularizada por una interfaz gráfica denominada Red mundial (WWW). Intranet. Red interna privada o que utiliza un cortafuegos (firewall) para aislarse del acceso externo a Internet. La Intranet se utiliza para las comunicaciones dentro de una compañía y sólo pueden acceder a ella los usuarios autorizados. Itinerancia (Roaming). Posibilidad de utilizar un teléfono inalámbrico para realizar y recibir llamadas en lugares distintos del área local del usuario. La comunicación inalámbrica alcanza hasta donde las señales son capaces de transportar la potencia de salida. Las LAN inalámbricas utilizan células, denominadas microcélulas, al igual que el sistema de telefonía celular para ampliar el margen de la conectividad inalámbrica. En cualquier momento puede asociarse un ordenador portátil equipado con un adaptador LAN inalámbrico con un único punto de acceso y con su microcélula o área de cobertura. Las microcélulas individuales se solapan para mantener la comunicación continua dentro de una red cableada. Manejan señales de baja potencia y traspasan los usuarios a medida que éstos se desplazan por una determinada zona geográfica. Java. Lenguaje de programación de Sun Microsystems que abstrae los datos en conjuntos de bytes (grupos de 8 bits) para que el mismo código se ejecute en cualquier sistema operativo. El software de Java generalmente se pone en la Web y se descarga directamente de Internet al PC. HotJava se instala en un navegador Web y permite que los programas Java se entreguen en la Web y se ejecuten en un PC. Jini. Tecnología de Sun Microsystems que permite enlazar dispositivos y establecer un modelo de red «ad hoc», sin ninguna instalación o intervención humana.

326

Glosario

Kilohercio o Miles de hercios (KHz, KiloHertz or Thousands of'Hertz). Cada llamada telefónica inalámbrica sólo ocupa unos pocos KHz. Lenguaje de marcas de hipertexto (HTML, HyperText Markup Language). Lenguaje software de autor utilizado en la Web. HTML se utiliza para crear páginas Web e hiperenlaces. Lenguaje de marcas inalámbrico (WML, Wireless Markup Language). Versión compacta del Lenguaje de marcas para dispositivos portátiles de mano. Véase HDML. Lenguaje de marcas para dispositivos de mano (HDML, Handheld Device Markup Language). Variante del lenguaje HTML, desarrollado por Unwired Planet, para uso en pequeñas pantallas de teléfonos móviles, PDA y buscapersonas. HDML es un lenguaje de marcas basado en texto que utiliza el Protocolo de transferencia de hipertexto (HTTP) y es compatible con los servidores Web. Ley de Telecomunicaciones de 1996 (Telecommunications Act of1996). Firmada por el Presidente Clinton el 8 de febrero de 1996, la ley establece un marco de trabajo para la desregularización y el apoyo a la competencia en las telecomunicaciones de EE.UU. Limitador (Limiter). Circuito que fija la amplitud de la señal de salida a un nivel predeterminado en lugar de mantener las diversas variaciones de amplitud de la señal de entrada. Localización automática de vehículos (AVL, Automatic Vehicle Location). Capacidad para determinar la localización o ubicación de un vehículo dentro de un alcance específico. Manos libres (Hands-Free). Característica que permite a un conductor utilizar un teléfono inalámbrico de coche sin necesidad de sostener en la mano el terminal. Hoy en día resulta ser una característica de seguridad muy importante. Marcación manual o conmutada (Dial-Up). Uso convencional del teléfono para establecer una llamada telefónica o de datos. Marcación por voz {Voice-Activated Dialing). Característica que permite en un teléfono inalámbrico marcar un número de teléfono por voz en lugar de utilizar el teclado. Esta característica proporciona comodidad así como seguridad principalmente al conducir. Mástil (Guyed). Tipo de torre de transmisión inalámbrica que se soporta con cables muy finos. Véase Monopolo. Megahercio o Millones de hercios (MHz, MegaHertz or Millions of Hertz). Los sistemas celulares y ESMR operan en las bandas de 800 MHz y 900 MHz del espectro electromagnético. Véase también Hz, KHz, GHz. Memoria programable y borrable de sólo lectura (EPROM, Erasable programmable read only memory). Tipo de memoria que para borrar los datos previos requiere ser expuesta a longitudes de onda ultravioleta. Mezclador (Mixer). Dispositivo que utiliza sus características no lineales para facilitar conversiones de frecuencias. Las conversiones pueden realizarse desde una frecuencia relativamente alta hasta una frecuencia intermedia (IF). En este caso, se conoce como mezclador reductor de frecuencia. O puede realizarse desde una frecuencia baja a una más alta, como por ejemplo la frecuencia portadora. En este caso, se conoce como mezclador elevador de frecuencia. Mobitex. Sistema de comunicaciones de datos por conmutación de paquetes basado en la radiocomunicación terrestre celular, desarrollado por Ericsson y que utiliza la red de datos bidireccional de BellSouth. Módem (MOdulador-DEModulador). Unidad que modula y demodula la información digital del puerto de un terminal u ordenador sobre una señal portadora analógica que se transmite por una línea analógica. Modo de transferencia asincrona (ATM, Asynchronous Transfer Mode). Tecnología de transmisión de muy alta velocidad. ATM es una técnica de multiplexación y conmutación orientada a conexión, de gran ancho de banda y bajo retardo. Existe un gran interés por el desarrollo de las redes ATM inalámbricas.

Glosario

327

Modulación analógica (Analog). Método tradicional de modulación de señales radioeléctricas para transportar la información. AM (modulación de amplitud) y FM (modulación de frecuencia) son los dos métodos de modulación analógica más comunes. Aunque la mayoría de los actuales sistemas celulares de EE.UU. transportan conversaciones telefónicas utilizando la transmisión digital, algunos todavía ofrecen la transmisión analógica, sobre todo en casos de itinerancia. Modulación cuaternaria por desplazamiento de fase (QPSK, Quadrature Phase Shift Keying). Técnica de modulación espectralmente eficiente que divide la información en dos partes, la componente «en fase» y la componente «en cuadratura». La combinación de estas dos señales crea uno de los cuatro únicos símbolos que se utilizan para modular la fase de la portadora. Modulación de amplitud (AM, Amplitude Modulation). Modulación CW que utiliza la variación de la amplitud en proporción a la amplitud de la señal moduladora; normalmente se denomina DSB-LC para las transmisiones de difusión comercial y DSB-SC para los sistemas multiplexados. Modulación de frecuencia (FM, Frequency Modulation). Modulación CW que utiliza la variación de la frecuencia en proporción a la amplitud de la señal moduladora. Modulación digital (Digital Modulation). Método que codifica la información de la transmisión. La información (en muchos casos, una conversación de voz) se convierte en una serie de bits digitales, en los Os y ls del lenguaje informático binario. En el extremo receptor, la información se vuelve a convertir a su forma original. La transmisión digital proporciona una señal más «limpia» y menos inmune a los problemas de la modulación analógica, como el desvanecimiento y el ruido. Véase también CDMA, TDMA y GSM.

Módulo de asignación numérica (NAM, Number Assignment Module). Memoria electrónica del teléfono inalámbrico que almacena el número de teléfono y el número de serie electrónico. Módulo de identidad del abonado (SIM, Subscriber Identity Module). Chip de un terminal de mano que contiene la información necesaria para identificar al abonado cuando se conecta a la red, especialmente a efectos de facturación. Monopolo (Monopole). Fina torre autosuficiente en la que pueden colocarse antenas inalámbricas. Véase también Mástil. Navegador (Browser). Software que transfiere los documentos de la Red mundial a su ordenador, PDA o teléfono. Nodo inalámbrico (Wireless Node). Ordenador de usuario con tarjeta de interfaz de red (adaptador). Número de identificación del móvil (MIN, Mobile Identification Number). Número que el operador inalámbrico asigna al teléfono del cliente. El MIN no es fijo puesto que el teléfono podría cambiar de manos o bien un cliente podría desplazarse a otra ciudad. Véase también ESN. IMSI, TMS!. Número de serie electrónico (ESN, Electronic Serial Number). Número único que el fabricante asigna a un teléfono inalámbrico. De acuerdo con la Comisión Federal de Comunicaciones, el ESN es fijo y no cambiable, un tipo de huella única para cada teléfono. Véase también MDM. Operador celular cableado (Wireline Cellular Carrier). Operador del Bloque B. De acuerdo con los procedimientos iniciales de concesión de licencias celulares de la FCC, el operador del Bloque B es el propietario de la compañía de telefonía local. La FCC reservó uno de los dos sistemas de cada mercado celular para la compañía de telefonía local (o fija). Con la concesión de licencias finalizada, la distinción ha ido desapareciendo paulatinamente. La compañía de telefonía local puede vender su sistema celular a cualquiera. Véase también Operador celular no cableado.

328

Glosario

Operador entre centrales (IXC, Interexchange Carrier). Compañía de telefonía de larga distancia. Órbita baja (LEO, Low Earth Orbit). Plano orbital situado a unos cientos de millas sobre la tierra. La nueva generación de satélites de comunicación se divide en dos grupos: LEO grandes y LEO pequeños, cada uno de ellos con sus radiofrecuencias asignadas. Los LEO grandes soportan comunicaciones de voz y datos, mientras que los LEO pequeños sólo soportan comunicaciones de datos. Órbita geosíncrona (GSO, Geosynchronous Satellite Orbit). Órbita o satélite situado a 23.000 millas sobre el ecuador con un tiempo de órbita de 24 horas. También conocida como órbita geoestacionaria. Ordenador de red (Network Computer). Ordenador personal de bajo coste (aproximadamente 500 dólares) que no tiene disco duro, pero puede utilizarse para navegar por Internet y ejecutar aplicaciones en un servidor de Internet o de la Intranet corporativa. Oracle es el promotor del concepto del ordenador de red como herramienta de uso sencillo y bajo coste para las masas. Oscilador controlado por tensión (VCO, Voltage Controlled Oscillator). Oscilador cuya frecuencia de salida varía con el control de la tensión DC aplicada. Paquetes (Packet). Conjunto de datos organizados de una manera específica para la transmisión. Los tres elementos principales de un paquete son la cabecera, el texto y la cola o remolque (bits de detección y corrección de errores). Picocélula (Picocell). Estación base para comunicaciones inalámbricas con una potencia de salida extremadamente baja, diseñada para cubrir zonas pequeñas como la planta de un edificio de oficinas. POP. Abreviatura para referirse a la población. Un POP es igual a una persona. Por ejemplo, un operador cuyo mercado da servicio a un millón de personas se dice que ofrece servicio a un millón de POP. En la industria inalámbrica, los sistemas se valoran financieramente en función de la población del mercado al que se da servicio. Procesador digital de señal (DSP, Digital Signal Processor). Microprocesador especializado en la conversión y tratamiento de señales analógicas a digitales y viceversa. Protocolo (Protocol). Conjunto de reglas específicas para organizar la transmisión de los datos en la red. Protocolo de aplicaciones inalámbricas (WAP, Wireless Applications Protocol). Protocolo propuesto para aplicaciones inalámbricas. El protocolo está diseñado para facilitar el acceso de los usuarios inalámbricos al correo electrónico y vocal, el envío y recibo de faxes, las operaciones en bolsa, las transacciones bancarias y la visualización de páginas Web en miniatura en una pequeña pantalla. Protocolo de control de transmisión / Protocolo de Internet (TCP/IP, Transmission Control Protocol/Internet Protocol). Conjunto de protocolos estándar utilizados por Internet para transferir información entre ordenadores, terminales de mano y otros dispositivos. Protocolo de Internet (IP, Internet Protocol). Véase TCP/IP. Protocolo de transferencia de hipertexto (HTTP, HyperText Transfer Protocol). Protocolo utilizado por el servidor Web y el navegador cliente para comunicarse y transferir documentos por Internet. Punto de acceso (Access Point). Dispositivo que transporta los datos entre una red inalámbrica y una red cableada (infraestructura). Radiocomunicación móvil especializada (SMR, Specialized Mobile Radio). Servicio privado de empresas que utiliza teléfonos radio móviles y estaciones base similares a los de otros servicios inalámbricos. Normalmente se utiliza en aplicaciones de despacho, por ejemplo las compañías de reparto u organizaciones de flotas de vehículos. SMR es el precursor del servicio ESMR. Véase también ESMR.

Glosario

329

Radiocomunicación móvil especializada mejorada (ESMR, Enhanced Specialized Mobile Radio). Servicios de telefonía móvil digital ofrecidos al público sobre los canales utilizados previamente para los servicios de «despacho» analógico bidireccional. Radiocomunicación por paquetes (Packet Radio). Transmisión de datos por radio que utiliza una versión del protocolo de comunicación de datos de X.25. Los datos se segmentan en paquetes y se transmiten de forma inalámbrica. Radiofrecuencia (RF, Radio Frequency). Frecuencia del espectro electromagnético normalmente asociada con la propagación de la onda radioeléctrica. Algunas veces se define como la transmisión en una frecuencia en la que la radiación de energía electromagnética coherente es posible. Receptor (Receiver). Conjunto de componentes activos como el amplificador LNA e IF junto con componentes pasivos como el filtro de imagen e IF. Todos juntos ejecutan la tarea de recuperar la modulación de una señal RF conocida mientras se rechazan señales no deseadas. Es la parte del sistema de comunicación que incluye un detector y diversos dispositivos electrónicos de procesamiento de señal para convertir las señales eléctricas (ondas eléctricas) en audio o en señales de datos. Proporciona la recepción, y si fuese necesario, la demodulación de las señales electrónicas. Red de área extendida (WAN, WideÁrea Network). Red que utiliza las líneas de la compañía de telefonía local para conectar sitios geográficamente dispersos. Véase también LAN, MAN. Red de área local (LAN, Local Área Network). Red de comunicaciones de datos, habitualmente dentro de un edificio o campus universitario, que enlaza ordenadores y dispositivos periféricos bajo la misma forma de control estándar. Red de área metropolitana (MAN, Metropolitan Área Network). Red que cubre una zona mayor que la de la Red de área local (LAN) y menor que la de una Red de área extendida (WAN). Habitualmente, una red MAN conecta dos o más LAN. Además de datos, una red MAN también transporta voz, vídeo, imagen y multimedia. Red independiente (red autónoma) (Independent network ¡stand-alone network/). Red que proporciona (normalmente de forma temporal) conectividad de igual a igual sin depender de una infraestructura completa de red. Red integrada de despacho mejorada (¡DEN, Integrated Dispatch Enhanced Network). Tecnología inalámbrica desarrollada por Motorola que opera en las bandas de 800 MHz, 900 MHz y 1,5 GHz. La tecnología soporta voz en un terminal, despacha radiocomunicaciones y utiliza el sistema de radiobúsqueda numérica de la PSTN, el Servicio de mensajes cortos (SMS) y la transmisión de datos y fax. Redes inteligentes avanzadas (AIN, Advanced Intelligent Networks). Se refiere a las redes que encaminan las llamadas basándose en la información de las bases de datos que pueden influir en el flujo entrante y saliente de la llamada. Repetidor (Repeater). Amplificador y equipos que se utilizan en un circuito de telefonía para procesar una señal y retransmitirla. Reutilización de frecuencias (Frequency Re-Use). Posibilidad de utilizar repetidamente las mismas frecuencias dentro de un único sistema, hecho factible gracias al planteamiento de diseño básico de las comunicaciones inalámbricas. Puesto que cada célula se diseña para utilizar radiofrecuencias sólo dentro de sus límites, las mismas frecuencias pueden reutilizarse en otras células cercanas con poca posibilidad de interferencia. Saltos de frecuencia (Frequency Hopping). Técnica de espectro ensanchado en la que las unidades (la base y el abonado o bien el terminal de mano y la base) saltan de una frecuencia a otra de modo simultáneo. Satélite de difusión directa (DBS, Direct Broadcast Satellite). Satélite de alta potencia o servicio de satélite que envía señales a platos de antenas relativamente pequeños instalados en edificios de casas y oficinas. Sensibilidad (Sensitivity). Para un receptor, la sensibilidad es la señal de entrada (en mV o mV) necesaria para obtener un determinado nivel de salida.

330

Glosario

Servicio de distribución multipunto imilticanal o sistema de distribución multipunto niicroondas (MMDS, Microwave Multi-point Distribution System or Multipoint Multichannel Distribution Service). Método de distribución de señales por microondas para servicios de televisión por cable, desde un punto de transmisión único hacia múltiples puntos receptores. Servicio de mensajes cortos (SMS, Short Message Service). Servicio para enviar entre dispositivos mensajes cortos alfanuméricos. Servicio de radiocomunicación móvil comercial (CMRS, Commercial Mobile Radio Service). Clasificación que utiliza la FCC para gobernar a todos los proveedores de servicios inalámbricos comerciales, incluyendo los servicios de comunicaciones personales, celulares y ESMR. Servicio de satélite móvil (MSS, Mobile Satellite Service). Servicio de comunicaciones por satélites. Un único satélite puede proporcionar cobertura a todo EE.UU. Servicio de telefonía móvil avanzada (AMPS, Advanced Mobile Phone Service). Estándar de telefonía celular analógica que opera en la banda de frecuencias de 800 MHz con canales de ancho de banda igual a 30 KHz. Servicio de telefonía móvil avanzada digital (D-AMPS, Digital Advanced Mobile Phone Service). Término para el sistema de radiocomunicación celular digital de Norteamérica. Servicio general de radiocomunicaciones por paquetes (GPRS, General Packet Radio Service). Ampliación del estándar GSM para incluir los servicios de paquetes de datos. Su lanzamiento tuvo lugar en 2001. Servicios de comunicaciones personales (PCS, Personal Communications Services). Servicio que proporciona comunicaciones de voz, mensajería numérica y de texto, correo de voz y otras características en un dispositivo, servicio o factura. Servicios futuros de telecomunicaciones móviles terrestre japoneses (J-FPLMTS, Japanese Future Public Land Mobile Telecommunications Services). Sistema japonés de servicios equivalentes a los de las tecnologías de IMT-2000 de tercera generación. Sincronización (Synchronization). También conocido como reproducción o copia, es el proceso de cargar y descargar la información desde dos o más bases de datos, para conseguir que todas sean idénticas. Sistema de comunicaciones de acceso total extendido (ETACS, Extended Total Access Communications System). Tecnología inalámbrica convencional utilizada en el Reino Unido y en otros países. Se desarrolló a partir de la tecnología AMPS de EE.UU. Sistema de distribución local multipunto (LMDS, Local Multipoint Distribution System). Sistema desarrollado por Bellcore para las aplicaciones del bucle local inalámbrico (WLL). En EE.UU., la FCC reserva un ancho de banda total de 1,15 GHz en las bandas de frecuencias de 28 GHz, 30 GHz y 31 GHz. LMDS soporta voz y datos de alta velocidad, con la posibilidad de proporcionar un ancho de banda de hasta 500 Mbps. Sistema de posicionamiento global (GPS, Global Positioning System). Sistema de satélites que utiliza 24 satélites que giran en torno a la tierra a 10.900 millas de altura y que permite a los usuarios determinar posiciones utilizando los satélites como puntos de referencia. Sistema de radiocomunicación avanzada de información de datos (ARD1S, Advanced Radio Data Information System). Red de comunicaciones inalámbricas pública para paquetes de datos, bidireccional y de ámbito nacional, desarrollada originalmente por IBM, que ahora posee y gestiona American Mobile. Sistema de telefonía inalámbrica de primera generación (CT1, Cordless Telephone first generation). Estándar de telefonía inalámbrica analógica que opera en un rango de frecuencias entre 46 MHz y 49 MHz, con un ancho de banda de 25 KHz. Sistema de telefonía inalámbrica de segunda generación (CT2, Cordless Telephone Jirst generation). Sistema basado en el estándar MPT1375 de ETSI que describe el sistema de telefonía inalámbrica residencial que opera entre 864 MHz y 886 MHz, también de uso comercial.

Glosario

331

Sistema de telefonía inalámbrica europea digital (DECT, Digital European Cordless Telephone). Estándar de radiocomunicación microcelular basado en el sistema de Acceso múltiple por división de tiempo que proporciona acceso inalámbrico de baja potencia entre el abonado y la estación base distanciados unos pocos cientos de metros. Sistema global para comunicaciones móviles (GSM, Global System for Mobile Communications). Estándar mundial para comunicaciones inalámbricas digitales. Actualmente, GSM es el sistema de mayor extensión y uso con más de 150 millones de usuarios en todo el mundo. Véase también TDMA. Sistema inalámbrico (Wireless). Sistema de radiocomunicación que permite la transmisión de telefonía y/o señales de datos por el aire sin una conexión física como el cable de cobre o la fibra óptica. Sistema operativo (Operating System). Programa software que maneja las operaciones básicas de un sistema informático. Estas operaciones incluyen la distribución de memoria, el orden y método para manejar las tareas, el flujo de información entrante y saliente del procesador central y de los periféricos, etc. Entre la compañías implicadas en el desarrollo de sistemas operativos de datos inalámbricos se encuentran Microsoft y Symbian. Sistema personal de telefonía de mano (PHS, Personal Handyphone System). Sistema desarrollado en Japón como sistema PBX inalámbrico/sin hilos residencial de 1,9 GHz. Sistema universal de telecomunicaciones móviles (UMTS, Universal Mobile Telecommunications System). Término europeo para los sistemas inalámbricos basados en el estándar IMT-2000. Suplantación (Spoofing). Método de acceso que soporta una rutina de marcación muy rápida en una red conmutada que imita la funcionalidad de una red de datos por conmutación de paquetes. Tarjeta de PC (PC Card). Nuevo nombre para las tarjetas PCMCIA (ver definición). Dispositivo pequeño, del tamaño de una tarjeta de crédito, compatible con la tarjeta de PC convencional denominada PCMCIA, para memoria y entrada/salida de datos. Tarjeta inteligente (Smart Card). Tarjeta del tamaño de una tarjeta de crédito con microprocesador y memoria. Telecomunicaciones móviles internacional 2000 (IMT-2000, International Mobile Telecommunications-2000). Estándar para los sistemas de comunicaciones móviles de tercera generación (3G). En Europa se denomina UMTS y en Japón es J-FPLMTS. Teléfono digital (Digital Telephone). Terminal de telefonía que digitaliza las señales de voz y los tonos DTMF para la transmisión sobre el cable de cobre convencional a la CO/PBX. El proceso se invierte en el camino de vuelta desde la CO/PBX. Teléfono inteligente (Smart Phone). Teléfono con microproecsador, memoria, pantalla y un módem integrado. El teléfono inteligente combina en un terminal parte de las capacidades de un PC. Teléfono portátil (Portable). Son teléfonos pequeños, de una sola pieza para llevar en la mano y que pueden guardarse en un bolsillo. Con alimentación por batería, también pueden enchufarse al encendedor del automóvil para recargar la batería (con un módulo adicional). Como teléfono pequeño, el portátil funciona con niveles de potencia de hasta 0,6 vatios. Los teléfonos digitales son casi siempre teléfonos portátiles. Véase también Teléfono transportable. Teléfono transportable (Transportable Phone). Esencialmente son teléfonos inalámbricos de automóvil con terminal de mano, antena y batería, todo empaquetado en una estuche o bolso de mano. Pueden enchufarse en el mechero del coche o funcionar con un módulo de batería portátil de uso en cualquier lugar. Igual que un teléfono portátil, los teléfonos transportables pueden funcionar con hasta 3 vatios de potencia. Aunque técnicamente es portátil, el transportable no debe confundirse con los dispositivos de mano que son teléfonos inalámbricos de una única pieza. Véase también Teléfono portátil.

332

Glosario

Telemetría (Telemetry). Sistema inalámbrico o de línea para la transmisión de datos (digitales o analógicos) que permiten la monitorización remota. Tercera generación (Third Generation). Veáse 3G. Terminal del punto de venta (POS, Point-of-Sale Terminal). Tipo de terminal de ordenador utilizado para recoger y almacenar datos de la venta al público. Los terminales POS inalámbricos normalmente se utilizan en ubicaciones temporales y remotas. Tiempo en el aire (Air Timé). Tiempo real que se dedica a hablar por el teléfono inalámbrico. La mayoría de los operadores facturan mensualmente a los clientes por el tiempo de comunicación en el aire. Cuantos más minutos se gasten en hablar por teléfono, mayor será la factura. Tono dual multifrecuencia (DTMF, Dual Tone Multi-Frequency). Sistema de marcación por tonos basado en la salida simultánea de dos frecuencias relacionadas no armónicas que identifica el número marcado. Para las cuatro filas y cuatro columnas del típico teclado de teléfono se han asignado ocho frecuencias. Transmisor (Transmitter). Equipo que suministra a una antena la señal radioeléctrica para la transmisión. Consta de componentes activos como el mezclador elevador de frecuencia, el controlador, el PA y de componentes pasivos como el filtro TX. Todos contribuyen a poner en la portadora RF una señal de frecuencia apropiada con el ajuste instantáneo de su fase, frecuencia o amplitud y proporcionando a la señal la suficiente ganancia para que llegue a su destino. Traspaso (Hundoff o Handover). Proceso por el que la Central de conmutación de telefonía móvil (MTSO) pasa la conversación de telefonía inalámbrica de una radiofrecuencia en una célula a otra radiofrecuencia en otra célula. Se realiza con suficiente rapidez como para que los usuarios no lo noten. Traspaso celular (Cellular Handoff). En la comunicación celular, los ordenadores conmutan la llamada telefónica de un transmisor al siguiente, sin desconectar la señal, a medida que el vehículo se desplaza de célula en célula. El móvil permanece en un canal determinado hasta que la potencia de señal disminuye y, entonces, automáticamente se le indica desplazarse a otro canal y reponer allí las transmisiones transferidas. Ubicación conjunta (Co-location). Ubicación de dos o más antenas de comunicaciones inalámbricas de compañías diferentes en la misma estructura de soporte. X.25. Protocolo de comunicación para redes públicas de paquetes de datos conmutados.

ÍNDICE TEMÁTICO

3G (tercera generación) para GSM, terminales, 137 3G para comunicaciones inalámbricas, 118 3G/UMTS, 258 802.1 1, WLAN, 199-201, 205 802.11a, 209 Acceso múltiple por detección de portadora con evasión de colisiones (CSMA/ CA, Carrier Sense Múltiple Access with Colusión Avoidance), 201 Acceso múltiple por división de código (CDMA, Code División Múltiple} Access), 27-28, 82, 85 canales, 86-88 estándares, 269-270 GPS, 86 interfaz aire, 86 interfaz L, 130 PCS digital, 124-129 Protocolo del enlace radio (RLP, Radio Link Protocol), 130 secuencias de código pseudoaleatorio, 83 seguridad, 85 servicios de paquetes de datos, 131 sincronización, 86 transmisión simultánea voz/datos, 130 UMTS, 269 Unidades de interconexión (IWU, Interworking Units), 130 velocidades de transmisión, 86 vocoders (o codificadores de voz), 86 Acceso múltiple por división de frecuencias (FDMA, Frequency División Múltiple Access), 25, 71-72, 94

Acceso múltiple por división de tiempo (TDMA, Time División Múltiple Access), 25, 73-75, 121-122, 142 Acceso radio terrestre universal (UTRA,

Universal Terrestrial Radio Access ), 262, 267 Accompli (Motorola), 221, 297 Activación sobre el aire, 129 Acuse de recibo (ACK, Acknowledgement), WLAN, 202 adaptadores de LAN inalámbrica, WLAN, 196 adaptadores, sistemas inalámbricos, 206 alcance de la WLAN, 198 alertas de correo electrónico, SMS, 174 Algoritmo de elección del portavoz (SEA, Spokesman Election Algorithm), 200 cobertura de la celda sectorizada, sistemas celulares digitales, 105 amplitud, forma de onda del sonido, 7-8 AMPS digital (DAMPS, Digital AMPS), 22 ancho de banda, 48 comunicaciones por microondas, 48-50 eficiencia de EDGE, 259 espectro ensanchado, 84 estándar 802.1 la, 209 radiofrecuencias, 43 sistemas de satélites, 59 WLAN, 191 WLL, 245 aparatos, datos inalámbricos, 184 aplicaciones inalámbricas, 275 Alcatel, 276 British Telecomm, 276 CAGR, 160

334

Índice temático

aplicaciones inalámbricas (Cont.) CDPD, 168-170 conexiones, 164 conexiones por marcación manual, 166 CS-CDPD, 168 Datos, 159-160, 184 EDGE, 80, 180 enlaces del satélite, 284 espectro ensanchado, 84-85 espectro sin licencias, 163 GERAN, 181 GPRS, 177-179 integradores de sistemas, 183 Internet, 174-177 llamada radio telefónica, 12 llamada telefónica, 12 módems celulares, 164-166 NTT DoCoMo, 276 operadores, 184 PDA, 288 radiocomunicación, 4-12, 162 regulación del espectro, 162 relación SNR, 166 servicios de localización, 298 sistemas de radiocomunicación por satélite, 15-17 sistemas repetidores de microondas, 14 SMS, 173-175 software, 183 teléfonos STN-LCD, 281 teléfonos tipo reloj de pulsera, 282 teléfonos VOD, 281 transmisiones, 163 UMTS, 181 usos médicos, 286-288 UTRAN, 181-183 velocidades del módem, 164 venta minorista/al público, 293 videoconferencia, 294 WIT, 160 aplicaciones inalámbricas comerciales, 66 aplicaciones inalámbricas de Alcatel, 276 aplicaciones inalámbricas de British Telecommunications, 276 aplicaciones inalámbricas en el entorno académico, 292 aplicaciones inalámbricas en el entorno de compras, 293 aplicaciones inalámbricas en el entorno médico, 286-288 aplicaciones Web, soporte de GPRS, 256

aplicaciones, comunicaciones inalámbricas. Véase aplicaciones inalámbricas. Área de servicio metropolitana (MSA, Metropolitan Service Área), 97 áreas de servicio, iDEN™, 153 Asignación automática de canal (ACÁ, Automatic Channel Assignmeni), TDMA celular, 78 asignación de frecuencias ANSÍ, 17 ECSA, 19 grupos de normalización, 17 sistemas celulares digitales, 107 TIA, 17 uso del espectro, 19 Asignación dinámica de canal (DCA, Dynamic Channel Assignment), TDMA celular, 78 Asignación fija de canal (FCA, Fixed Channel Assignment), TDMA celular, 78 Asitente personal digital (PDA, Personal Digital Assistant), 78, 219 Bluetooth, 289 Internet inalámbrico, 263 Asociación de Estándares de Operadores de Intercambio, ECSA (Exchange Carriers Standards Association), asignación de frecuencias, 19 Asociación de Industrias Electrónicas (EIA, Electronic Industries Association), 17 Asociación de la Industria de las Comunicaciones Personales (PCIA, Personal Communications Industry Association), 17 Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones (TIA, Telecommunications Industry Association), asignación de frecuencias, 17 Asociación de la Industria de las Telecomunicaciones Celulares (CTIA, Cellular Telecommunications Industry Association), 17 atenuación, radiofrecuencias, 43 ATM sobre satélite, 230 Audio bajo demanda (AOD, Audio on Demand), 280 autenticación, Activación sobre el aire, 129

Índice temático

banda ancha, 219 ATM sobre satélite, 231 IP móvil, 228 IP sobre satélite, 229 LMDS, 246 requisitos de competición, 249 TCP en las comunicaciones inalámbricas, 227-228 TCP/IP sobre satélite, 229-230 Teledesic, 233-237 banda de altas frecuencias (HF, High Frequency), 10 banda de muy altas frecuencias (VHF, Very High Frequency ), 10 banda de ultra altas frecuencias (UHF, Ultra High frequency), 12 banda C, sistemas de satélites, 51 banda Ka, 51,236 banda Ku, sistemas de satélites, 51 bandas de frecuencias, 51, 239 base de abonados, GSM, 135-136 bloques autorizados, iDEN™, 152 Bluetooth, 212-213 canales de datos, 215 canales de voz, 214 GPRS, 257 PAN, 214 PDA, 289 picorredes, 215 Bucle local inalámbrico (WLL, Wireless Local Loop), 149, 237-238, 242 ancho de banda, 246 proveedores de servicios, 243-245 calidad de voz, TDMA celular, 76 cámaras de acción, 47 canal ascendente, CDMA, 88 Canal de control (CC, Control Channel), iDEN™, 152 Canal digital de control (DCCH, Digital Control Channel), 76 canal de radiobúsqueda CDMA, 88 GSM, 142 canal de sincronización, CDMA, 86, 88 canal descendente, CDMA, 86 canal piloto, CDMA, 88 canales aleatorios, GSM, 142 canales de concesión de acceso, GSM, 142 canales de tara, CDMA, 88

335

canales de tráfico, CDMA, 88-89 canales de control GSM, 141 sistemas celulares digitales, 99 canales de control de difusión, GSM, 142 canales de control de frecuencia, GSM, 142 canales de datos, Bluetooth, 215 canales de velocidad mitad, GSM, 141 canales de voz Bluetooth, 214 microondas, 44 canales radio, 22 AM, 30 CDMA, 27-28 FDMA, 25 FM, 30 modulación, 28-29 multiplexación, 24 separación dúplex, 23 TDMA, 25, 78 CAP inalámbrico (WCAP, Wireless CAP), 46 capa MAC, WLAN, 200 capa PHY, WLAN, 200-202 capacidad de canal multiplicada, iDEN™, 150 caudal de tráfico CDPD, 168-169 WLAN, 191, 198 CDMA de banda ancha (W-CDMA, Wideband CDMA), 180 CDMA, 124-128 Activación sobre el aire, 129 FDMA, 119 marca antes de la pérdida de la conexión, 129 métodos de transmisión, 120 penetración en el mercado, 122 proveedores, 131 TDD, 119-122 TDMA, 119 traspaso «suave», 128 CDPD por conmutación de circuitos (CS-CDPD, Circuit Switched CDPD), 168 Celestri, 55 Central de conmutación de telefonía móvil (MTSO, Mobile Telephone Switching Office), 98, 103

336

Índice temático

Central de conmutación del servicio móvil (MSC, Motile Switching Centers), 108 GSM, 139 Centro de autenticación (AuC, Authentication Center), GSM, 139 Centro de operaciones de red (NOC, Network Operations Center) LMDS, 249 Ricochet, 225 clientes transeúntes o itinerantes, WLAN, 204 Codificación complementaria (CCK, Complementan' Code Keying), 199 Codificación lineal predictiva (LPC, Linear Predictive Coding), GSM, 142 codificación Reed Solomon, CDPD, 169 código Morse, 5 Comisión Europea de Administraciones Postales y de Telecomunicaciones (CEPT, Conference of European Post and Telegraph), 135 Comisión Federal de Comunicaciones (FCC, Federal Communications Commission), registro de frecuencias, 7 Compañía de Correos, Teléfono y Telégrafo (PTT, Post Telephone and Telegraph),5

comunicaciones microondas, 44-48 multiplexación, 24 radiocanales, 22-32, 80 satélites, 50-57, 59-62, 64-65 comunicaciones analógicas, 5 comunicaciones en espacio libre, 5 comunicaciones inalámbricas fijas, 286 comunicaciones por microondas, 12, 44 ancho de banda, 48-50 canales de calidad vocal, 44 CAP, 46 celular, 45 desvanecimiento en el agua, 49 desvanecimiento multitrayecto, 49 instalaciones del sistema, 45 PCS, 45-46 visibilidad directa, 49 comunicaciones por satélite, 50 ACTS, 54 ancho de banda, 60 banda C, 51

banda Ka, 51 banda Ku, 51 DBS, 66 enlace ascendente, 50 enlace descendente, 50 enlaces, 284-285 GEO, 52, 55-56 GPS, 66 huella, 50 latencia, 55, 59 LEO, 53, 60-62, 65 MEO, 53 mercados, 57 posiciones orbitales, 53 retardo de la transmisión, 53 ruido, 59 seguridad, 56 sistemas de radiocomunicación, 15-17 Teledesic, 235 transpondedores, 53 UMTS, 268 VSAT, 54 condiciones de visibilidad directa, comunicaciones por microondas, 4, 49 conexiones CDMA, 129 datos inalámbricos, 164, 166 conexiones por marcación manual o conmutada, 166 Conferencia Mundial de Administración de las Radiocomunicaciones (WARC, World Administrative Radio Conference), 19 configuración del emplazamiento, sistemas celulares digitales, 104 configuraciones de WLAN, 196-197 conmutación de paquetes CDPD, 168 Ricochet, 225 conmutación rápida de paquetes, Teledesic, 235 conservación de la energía, radiofrecuencias, 38 Consorcio de las Comunicaciones Universales Inalámbricas (UWCC, Universal Wireless Communications Consortium), 145 Controladores de la estación base (BSC, Base Station Controllers), GSM, 138 conversores, 242 correo de fax, SMS, 174

Índice temático

correo vocal, SMS, 174 Corriente alterna (AC, Alternating Current), 38 Datos de servicios suplementarios no estructurados (USSD, Unstructured Supplementary Service Data), 171 Datos por conmutación de circuitos a alta velocidad (HSCSD, High-Speed Circuit-Switched Data), 259 Datos por paquetes celulares digitales (CDPD, Cellular Digital Packet Data), 160, 168-170 Dependiente del medio físico (PMD, Physical Médium Dependent), 201 desvanecimiento en el agua, comunicaciones por microondas, 49 desvanecimiento multitrayecto, comunicaciones por microondas, 49 devolución del traspaso, sistemas celulares digitales, 110 disminución de intensidad de la señal, sistemas celulares digitales, 99 dispositivos de acompañamiento personal, Internet inalámbrico, 265 dispositivos de conexión a la Web, 265 dispositivos de mano para Internet, Internet inalámbrico, 265 división celular, sistemas celulares digitales, 97 Dúplex por división en el tiempo (TDD, Time División Dúplex), 1 19 eficiencia del paquete, CDPD, 170 eficiencia espectral, iDEN™, 149 Eggy, 278 emplazamientos escalonados, sistemas celulares digitales, 106 energía cinética, 37-38 energía, 37-38 enlace ascendente, sistemas de satélites, 50 enlace descendente, sistemas de satélite, 50 enlaces de radiocomunicación, WLAN, 192 entropía, radiofrecuencias, 38 envolvente de la señal, modulación, 29 Equipo de interoperabilidad GSM/ANSI-136 (GAIT, GSM/ANSÍ-136 Interoperability Team), 146

337

Espacio entre tramas de la función de coordinación distribuida (DIFS, Distributed Coordination Function Inter-Frame Spacing), 202 espectro de frecuencias, 6-9 espectro electromagnético, 38-43 Espectro ensanchado por secuencia directa (DSSS, Direct Sequence Spread Spectrum), 124, 199 espectro ensanchado, 82 aumento del ancho de banda, 84 CDMA, 124 DS, 83 FH, 83 servicios, 84 WLAN, 198 espectro sin licencias, datos inalámbricos, 162 esquema de acceso múltiple, Teledesic, 236 estaciones base GSM, 139 LMDS, 249 sistemas celulares digitales, 102 Estaciones base personales (PBS, Personal Base Stations), celular, 75 Estaciones base transceptoras (BTS, Base Transceiver Stations), GSM, 139 estándar IEEE 802.1 Ib, HomeRF, 205 estándar UWC-136 HS, 80, 259 estándares inalámbricos cdma2000, 270 EDGE, 253, 258-259 GPRS, 253-256 Internet móvil, 260-262 UMTS, 253, 259-260, 267-269 VoIP, 261 Fase 2+ de GSM, 146 fiabilidad de WLAN, 199 filtros paso banda, 9 formatos de codificación de voz, GSM, 142 fotones, 42 FRA. Véase WLL. frecuencias estándar 802.11a, 209 radio, 40-44 relación de longitudes de onda, 42 Función de coordinación distribuida (DCF, Distributed Coordination Function), 202

338

Indice temático

Función de interconexión (IWF, lnterworking Function), 228 Función de interconexión e interoperabilidad (IIF, lnterworking and Interoperability Function), GSM, 146 Geotek, saltos de frecuencia, 154 Grupo de desarrollo de CDMA (CDG, CDMA Development Group), 124 Grupo de trabajo de ingeniería de Internet (IETF, Internet Engineering Task Force), 231 grupos de normalización asignación de frecuencias, 17 Internet, 231 HiperLAN/2, 211 HomeRF, 205-206 huella, sistemas de satélites, 50 ÍDEM™, 149-150 áreas de servicio, 152 bloques authnizados con licencias, 152 Canal de control (CC, Control Channel), 152 capacidad del canal multiplicada, 150 velocidad de las llamadas, 154 vocoder VSELP, 150 Identidad internacional del abonado móvil, (IMSI, International Motile Subscriber Identities), SIM GSM, 138 Identidad internacional del equipo móvil (IMEI, International Motile Equipment Identities), unidades móviles GSM, 138 iniciativa IMT-2000, 259 Instituto Europeo de Normalización de Telecomunicaciones (ETSI, European Telecommunications Standards Institute), 135 Instituto Nacional Americano de Normalización (ANSI, American National Standards Institute), asignación de frecuencias, 17 integradores de sistemas, datos inalámbricos, 183 integridad de la WLAN, 199

interfaces, GSM, 139 interfaz Abis, GSM, 143 interfaz aire GSM, 139-140 interfaz de línea, GSM, 139 interfaz L, CDMA, 130 Internet datos inalámbricos, 174-179 grupos de normalización, 231 IP, 231 mobilidad. Véase Internet móvil. Internet inalámbrico, 174, 277 Gestión de la movilidad (MM, Motility Management), 175 GPRS, 176-179 servicios futuros, 175-176 Internet móvil, 260-261, 263 dispositivos de compañía personal, 265 dispositivos de conexión inalámbrica a Web, 265 dispositivos de mano para Internet, 265 operadores UMTS, 266-267 PDA, 264 teléfonos inteligentes, 264 usuarios, 266 interoperatividad, SMS, 173 Interpolación digital de la voz (DSI, Digital Speech Interpolaron), ETDMA, 81 IP móvil, 208, 228 IP sobre satélite, 229 IS-136, estándar TDMA, 76-79 IS-41, sistemas celulares digitales, 111 itinerancia automática, sistemas celulares digitales, 112 Jaula de Faraday, 41 LAN inalámbrica (WLAN, Wireless LAN), 189 ACK, 202 adaptadores de LAN inalámbrica, 195 alcance, 198 aplicaciones, 193 beneficios de coste, 194 caudal de tráfico, 191, 198 clientes itinerantes o transeúntes, 204 cobertura, 198

Índice temático

LAN inalámbrica (WLAN, Wireless LAN) (Cont.) configuraciones, 196 CRC, 204 CSMA/CA, 201 cuota de mercado, 193 enlaces radio, 192 especificaciones 802.11, 199-202 espectro ensanchado, 198 fiabilidad, 199 infrarrojos, 192 integridad, 199 PLCP, 201 PMD, 201 portadoras radio, 195 puntos de acceso, 195 RTS/CTS, 202 transmisiones de radiofrecuencia, 201 transmisiones, 191 velocidades del ancho de banda, 190 ventana de contención, 202 LAN, comunicaciones inalámbricas. Véase WLAN. Lap Link™, 220 latcncia sistemas de satélite, 56, 59, 232, 285 TCP, 232 Teledesic, 236 Lenguaje de marcas de texto etiquetado, (TTML, Tagged Text Markup Language), 220 Lenguaje de marcas para dispositivos de mano (HDML, Handheld Device Markup Language), 221 ley de Ohm, 38 líneas alquiladas, sistemas radioelcctricos, 6 llamada de fijo a móvil, 107 llamada de móvil a fijo, 107 llamada de telefonía celular, 12 llamada radio telefónica, 12 llamada telefónica, 12 longitudes de onda, relación de frecuencias, 42 luz blanca, 42 luz ultravioleta, 42 luz visible, 42 luz, 32, 42

339

marca antes de la pérdida de la conexión, CDMA, 129 mensajería, SMS, 173 mensajería persona a persona, SMS, 173 microcelular, 79 micronavegadores, WAP, 171 migración de clientes, 94-96 módems, 164-165 módems celulares, datos inalámbricos, 164-165 módems inalámbricos, Ricochet, 224 modulación, 9, 28 amplitud, 30 CDMA, 82 digital, 31 envolvente de la señal, 29 ETDMA, 81 FDMA, 71-73 frecuencia, 30 TDMA, 72-75 Modulación de amplitud (AM, Amplitude Modulation), 30 Modulación de frecuencia (FM, Frequencv Modulation), 30 Modulación digital (DM, Digital Modulation), 31 Modulación digital gaussiana por desplazamiento mínimo (GMSK, Gaussian Mínimum Shijt Keying), 169, 258 Modulación por deplazamiento de fase (PSK., Pitase Shijt Keying), modulación digital, 31 8-PSK EDGE, 258 Modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK, Frequencv Shijt Keying), modulación digital, 31 Modulación por impulsos codificados (PCM, Pulse Code Modulation), 74, 121 modulación QAM, iDEN™, 150 Módulo de identidad del abonado (SIM, Subscriber Identity Modules), GSM, 138,268 Módulo de identidad del abonado UMTS (USIM, UMTS Subscriber Identity Module), UMTS, 268 Módulos de asignación numérica (NAM, Numeric Assignment Modules), Activación sobre el aire, 129

340

Índice temático

Motorola Accompli, 221, 298 Celestri, 55 multiplexación, 24 Multiplexación ortogonal por división de frecuencia (OFDM, Orthogonal Freqitency División Multiplexing), 209 navegantes móviles, WAP, 172 NetBlastcr, 291 Nodo de soporte de GPRS pasarela, (GGSN, Gateway GPRS Support Node), 177 Nodo de soporte de GPRS servidor (SGSN, Serving GPRS Support Node), 177 Nodos de soporte de GPRS (GSN, GPRS Support Nodes), 177 NTT DoCoMo, aplicaciones inalámbricas, 276 ocupaciones de la industria de los datos inalámbricos, 183 OFDM codificado (COFDM, Coded OFDM), 209 ondas micro/milimétricas, 46 ordenador de mano o de bolsillo, 220 ordenador de pequeño tamaño, 220 ordenador portátil, 220 organismos reguladores para el uso del espectro, 20 Parte de control de la conexión de señalización (SCCP, Signal Connection Control Parí), GSM, 143 Parte de aplicación móvil (MAP, Motile Application Part), GSM, 146 Parte de aplicación móvil del sistema de estación base (BSSMAP, Base Station System Motile Application Part), GSM, 143 Parte de transferencia del mensaje (MTP, Motile Message Transfer Part), GSM, 143 partículas, radiación electromagnética, 41 -42 pasarelas, Ricochet, 224 patrones de células, sistemas celulares digitales, 104

PCS digital, 119 Activación sobre el aire, 129 CDMA, 124-129 métodos de transmisión, 120 TDMA, 121-122 pérdidas del trayecto, radiofrecuencias, 43 picorredes, Bluetooth, 215 PocketNet de AT&T, 220-221 polaridad, radiofrecuencias, 44 posición orbital, 53 Predictor lineal excitado por la suma de vectores (VSELP, Vector Sum Excited Linear Predictor), vocoder, 149-150 prisma, 42 proceso de la llamada entrante, sistemas celulares digitales, 101 proceso de la llamada, sistemas celulares digitales, 100 propagación, 10-12,43 Protocolo de acceso inalámbrico (WAP, Wirel ess Ac cess Protocol), 1 7 1 - 1 7 3

Protocolo de control de transmisión (TCP, Transmission Control Protocol), 231-232 sobre comunicaciones inalámbricas, 227-228 sobre satélites, 229-230 Protocolo de convergencia de la capa física (PLCP, Physical Laver Convergence Protocol), 201 Protocolo de enlace radio (RLP, Radio Link Protocol), CDMA, 130 Protocolo de Internet (IP, Internet Protocol), 231 compatibilidad UMTS, 269 soporte de GPRS, 255 Protocolo de túneles GPRS (GTP, GPRS Tunneling Protocol), 255 Protocolo unificado-5 (5-UP, 5-Unified Protocol), 21 1 protocolos personalizados de transporte de datos, 227 protocolos WAP, 171 Proveedores de acceso competitivo (CAP, Competitive Access Providers), 46 proveedores de hardware, datos inalámbricos, 184 Proveedores de servicio de Internet (ISP, Internet Service Providers), enlaces de satélite, 283 proveedores de servicios, WLL, 244, 245

Índice temático

proxies, 227 Prueba de redundancia cíclica (CRC, Cyclic Redundancy Check), WLAN, 204 Punto de acceso cableado (WAP, Wired Access Point), Ricochet, 224 puntos de acceso sistemas inalámbricos, 206 WLAN, 195 Puntos de presencia (POP, Points of Presence), 246 R (resistencia), 38 radiocomunicación amplitud, 8 banda HF, 10 banda UHF, 10 banda VHF, 10 canales, 22-32 espectro, 19, 162 estándar UWC-136, 80 frecuencias, 17-19, 37-44, 200 gestión del recurso, GSM, 142-143 modulación, 9 onda corta, 7 portadoras, 195 propagación, 10 sistemas de satélites, 15-17 sistemas por microondas, 12 tipos de transmisión, 10 Radiocomunicación de ultra banda ancha (UWB , Ult ra -Wi de ba nd Radi o) , 2 1 5

radiocomunicaciones de microcélulas, Ricochet, 224 Radiocomunicaciones móviles especializadas (SMR, Specialized Motile Radio), 83 ráfaga de datos, GSM, 142 rayos gamma, 43 rayos X, 42 realimentación explícita, TCP en comunicaciones inalámbricas, 228 red troncal, GPRS, 178 redes GSM, 138, 142, 146 Telcdesic, 236 Redes de acceso radio de banda ancha (BRAN, Broadband Radio Access Networks), 211 Redes de área personal (PAN, Personal Área Networks), 21 1, 291

341

registro de frecuencias, 6 Registro de identidad de equipos (EIR, Equipment Inventorv Register), GSM, 139 Registro de localización de abonados locales (HLR, Home Location Register) GSM, 139 sistemas celulares digitales, 108 Registro de localización de abonados visitantes (VLR, Visiting Location Register) GSM, 139 sistemas celulares digitales, 108 regulación del espectro, 19, 162 Relación señal/ruido (SNR, Signal-ío-Noise ratio), 166 repetidores, sistemas por microondas, 14 retardo. Véase latencia. reutilización de frecuencias, sistemas celulares digitales, 103, 106 reutilización de la frecuencia, 106 Ricochet, 222 bandas RF, 225 conmutación de paquetes, 225 dispositivos de radiocomunicación de microcélulas, 224 módems inalámbricos, 224 NIF, 224 NOC, 224 pasarelas, 224 servidores de nombres, 225 WAP, 224 Ricochet de Metricom, 222-227 RITL. Véase WLL. RTS/CTS (petición para cnviar/«limpiar» para enviar), WLAN, 202 ruido, sistemas de satélites, 59 Saltos de frecuencia (FH, Frequency Hopping), espectro ensanchado, 83 saltos de frecuencia, Geotck, 154 Satélites de órbita baja (LEO, Low Earth Orbit), 53, 59-62 GEO híbridos, 56 latencia, 232 ventajas, 64-65 Satélites de órbita media (MEO, Mid-Earth Orbit), 53, 59

342

Índice temático

satélites GEO (geosíncronos), 15-17, 52, 56, 230 Secuencia directa (DS, Direct Sequence), espectro ensanchado, 83 secuencias de código pseudoaleatorio, CDMA, 83 seguridad CDMA, 85 sistemas de satélites, 56 semáforo, 4 señales eléctricas, atenuación, 43 señalización de humo, 4 señalización de tambores, 4 separación dúplex, radiocanales, 23 Servicio de mensajes cortos (SMS, Short Message Service), 75, 122, 173-175 Servicio de telefonía móvil avanzada (AMPS, Advanced Motile Phone Service), 12, 20 Servicio de telefonía móvil mejorada (IMTS, improved Mobile Telephone Service), 12 Servicio general de radiocomunicaciones por paquetes (GPRS, General Packet Radio Services), 118, 149, 253 Bluetooth, 257 GGSN, 177 GSN, 177 GTP, 255 Internet inalámbrico, 177-179 servicios GSM paralelos, 180 SGSN, 177 soporte de X.25, 255 transmisiones cortas y a ráfagas, 255 servicio portador, GPRS, 179 servicio PTM, GPRS, 179 servicio PTP, GPRS, 179 servicios espectro ensanchado, 84 GSM, 137 Internet inalámbrico, 263 soporte de GPRS, 256 WLAN, 193 Servicios de comunicaciones personales (PCS, Personal Communications Services), 22, 45, 43, 117, 119 servicios de datos, TDMA celular, 78 Servicios de distribución local multipunto (LMDS, Local Multipoint Distribution Services), 246, 249-250 servicios de localización, 298

servicios de paquetes de datos, CDMA, 131 servicios de voz mejorados, GSM, 148-149 servicios integrados, 150 servicios paralelos, GSM y GPRS, 180 servidores de nombres, Ricochet, 225 Sistema AMPS de banda estrecha (NAMPS, Narrowband AMPS), 22 Sistema celular digital personal (PDC, Personal Digital Cellular), 119 Sistema celular dual norteamericano, (NADC, North American Dual-mode Cellular), 259 Sistema de comunicaciones con acceso digital mejorado (EDACS, Enhanced Digital Access Communications System), 155 Sistema de control de acceso total (TACS, Total Access Control System), 20 Sistema de difusión directa (DBS, Direct Broadcast System), 66 Sistema de posicionamiento global (GPS, Global Positioning System), 66, 80 sistema de satélites ACTS, 54 sistema de señalización SS7, 111 Sistema de telefonía móvil avanzada digital (D-AMPS, Digital Advanced Mobile Phone system), 259 Sistema global para comunicaciones móviles (GSM, Global System for Mobile Communications), 119, 135, 137 AuC, 139 base de abonados, 136 BSC, 139 BSSMAP, 143 BTS, 138 canales, 141 EDGE, 80 EIR,139 formato de codificación de voz, 142 HLR, 139 HSCSD, 259 IIF, 146 interfaz Abis, 143 interfaz aire, 139-140 interfaz de línea, 140 LPC,142 MAP, 146 MSC, 139 MTP, 143

Índice temático

Sistema global para comunicaciones móviles (Cont.) red, 139, 142, 146 SCCP, 143 servicios de voz mejorados, 148-149 servicios GPRS paralelos, 180 SIM, 138,268 TCH, 141 tercera generación, 137 tramas TDMA, ráfaga de datos, 142 unidades móviles, 138 VLR, 139 WLL, 149 Sistema universal de telecomunicaciones móviles (UMTS, Universal Mobile Telecommunications System), 22, 181,253,259-260,262,269 3G, 259 CDMA, 269 compatibilidad IP, 269 sistemas de satélites, 268 terminales multimodo, 267 USIM, 268 UTRA, 267 sistemas celulares AMPS, 20 analógico, 93, 96 CDMA, 82, 86, 124-128 canales, 86-89 GPS, 86 Interfaces aire, 86 secuencias de código pseudoaleatorias, 83 sincronización, 86 velocidades de transmisión, 87 vocoders, 86 DCCH, 76 devolución del traspaso, 110 estándares, 119 FDMA, 94 HLR, 108 1S-136, estándar TDMA, 75-79 IS-41, 111 itinerancia automática, 112 llamada de fijo a móvil, 107 migración de clientes, 95 MSC, 108 PCS, 22 sistemas digitales. Véase sistemas digitales. SS7, 111

TACS, 20

TDMA, 75 traspaso a terceros, 110 traspaso entre sistemas, 109 VLR, 108 sistemas celulares analógicos, 93-96 FDMA, 94 migración de clientes, 95 sistemas celulares digitales, 22, 73, 97 asignación de frecuencias, 107 canales de control, 99 células, 97, 103-105 cobertura de células sectorizadas, 105 cobertura de solapamiento, 104 DCCH, 76 densidades de usuarios PBS, 75 devolución del traspaso, 110 emplazamientos escalonados, 106 estaciones base, 102 HLR, 108 IS-136, estándar TDMA, 75-79 IS-41, 111 itinerancia automática, 112 llamada de fijo a móvil, 107 MSA, 97 MSC, 108 MTSO, 98, 102-103 PCS, 22 pérdida de señal, 99 proceso de la llamada entrante, 101 proceso de la llamada, 100 reutilización de frecuencias, 103, 106 SS7, 111 TDMA, 75 traspaso, 101 traspaso a terceros, 110 traspaso entre sistemas, 109 sistemas de microondas, 10 sistemas de propagación troposférica, 43 sistemas inalámbricos 5-UP, 211 adaptadores inalámbricos, 206 Bluetooth, 212-215 BRAN, 211 estándar 802.11a, 209 estándares abiertos, 212 HiperLAN/2, 211 HomeRF, 205

343

344

Índice temático

sistemas inalámbricos (Cont.) infrarrojos, 32 IP móvil, 208 movilidad, 208 puntos de acceso, 206 tecnologías radio de corto alcance, 215 Terminales inteligentes inalámbricos (WIT, Wireless Intelligent Termináis) datos inalámbricos, 160 videoteléfonos inalámbricos, 222 sistemas repetidores de microondas, 14 sistemas sin LOS, comunicaciones inalámbricas fijas, 286 Skybridge, 55 software intermedio de la red inalámbrica, proxies, 227 software, datos inalámbricos, 183 SOHOware Net Blaster, 291 Tasa de crecimiento anual compuesto (CAGR, Compound Annual Growth Rate), datos inalámbricos, 160 Tasas de datos mejoradas para la evolución de GSM (EDGE, Enhanced Datafor Global Environment), 80, 180, 253 8-PSK, 258 eficiencia del ancho de banda, 259 tasas de datos, CDMA, 130 tasas de fax, CDMA, 130 TCP personalizado, 227 TDMA extendido (ETDMA, Extended TDMA),81 tecnologías radio de corto alcance, 8,215 téleos (proveedores de telefonía local), 5 banda Ka, 236 capacidades de red, 236 conmutación rápida de paquetes, 235 esquema de acceso múltiple, 236 latencia, 236 satélites, 235 Teledesic, 53, 55, 233 terminales, 233 teléfonos celulares, 117 teléfonos del tipo reloj de pulsera, 282 teléfonos inteligentes, 264, 297 teléfonos PDA PCS Kyocera, 296-297 teléfonos STN-LCD, 281 teléfonos VOD, 280

terminales, 137, 233 Terminales de apertura muy pequeña (VSAT, Very Small Aperture Terminal)), 54 terminales multimodo, UMTS, 267 terminales portátiles o de mano, Internet inalámbrico, 277-279 tramas, TDMA, ráfaga de datos, 142 transmisión CDMA, 86 datos inalámbricos, 162-163 métodos, PCS digital, 120 radio, 10 retardo, sistemas de satélites, 53 WLAN, 191 transmisión descendente de sistemas inalámbricos, 238-241 transmisión simultánea de voz/datos, CDMA, 130 transmisiones cortas y a ráfagas, GPRS, 255 transmisiones de interferencias intencionadas (jamming) por microondas, 12 transpondedores, sistemas de satélites, 53 traspaso «suave», CDMA, 129 traspaso entre sistemas, sistemas celulares digitales, 109 traspaso, sistemas celulares digitales, 101 TV por satélite, 40 Unidad de interconexión (IWU, Interworking Units), CDMA, 130 unidades móviles, GSM, 137 Utilidad de interfaz de red (NIF, Network Interface Facilities), Ricochet, 224 UTRAN, 182-183 velocidad de la luz, 42 velocidad de las llamadas, iDEN™, 154 ventana de contención, WLAN, 202 Vídeo bajo demanda (VOD, Vídeo On Demand), 280 videoconferencia en tiempo real, 293 videoconferencia, 293 videoteléfono, 221, 278 vocoder (o codificador de voz), CDMA, 86, 125 VoIP, 173,261

Índice temático

Web de bolsillo, 263 Wl. Véase Internet inalámbrico WLAN extendida, 196 WLAN independiente, 196 WLAN modo infraestructura, 197

WLAN por infrarrojos enlaces, 192 transmisiones, 201 X.25, soporte de GPRS, 255 Z (impedancia), 39

345

McGRAW-HILL. TELECOMUNICACIONES 2002 DICCIONARIO ILUSTRADO DE TELECOMUNICACIONES Jade Clayton Este diccionario contiene más de 3.300 entradas con sus definiciones, de modo que las referencias que recoge, incluidos los apéndices y las tablas, superan las 8.000. De estas definiciones, casi 500 se acompañan de ilustraciones, diagramas o gráficos que sirven para apoyar el texto. Muchas de las 2.800 entradas restantes contienen una referencia a diagramas o dibujos situados en otras partes del libro. ISBN: 84-481-3643-8 • N.° Páginas: 864 • Cubierta: 17 x 24 cm.

DICCIONARIO INGLÉS-ESPAÑOL DE INFORMÁTICA Y TELECOMUNICACIONES Vuelapluma ISBN: 84-481-3640-3 • N.° Páginas: 608 • Cubierta: 17 x 23,5 cm.

TECNOLOGÍA BLUETOOTH Nathan J. Muller ¿Qué es el Bluetooth? Es una tecnología inalámbrica que permite la conexión entre diferentes dispositivos mediante un enlace de radio de baja frecuencia. La eliminación de los cables ha sido una de las máximas de los investigadores, tanto por las ventajas competitivas como por la reducción de costes de infraestructuras. ISBN: 84-481-3593-8 • N.° Páginas: 410 • Cubierta: 17 x 24 cm.

INSTALACIONES DE FIBRA ÓPTICA Bob Chomycz Los apartados principales que contempla la obra son: Medidas de seguridad específica para el trabajo con fibra óptica.Técnicas de manejo. Instalación de cables exteriores e interiores. Métodos de empalme y terminación. Uso de conectores y cordones de conexión. Procedimientos de test con medidores de potencia y OTDR. Equipamiento óptico. Integración de sistemas. Procedimientos de mantenimiento. ISBN: 84-481-3645-4 • N.° Páginas: 248 • Cubierta: 17 x 24 cm.

PRINCIPIOS DE AUDIO DIGITAL Ken C. Pohlmann Los apartados principales de esta obra son: Prefacio. Sonido y números. Fundamentos del audio digital. Grabación del audio digital. Reproducción del audio digital. Sistemas de corrección de errores. Grabación en cinta magnética. Cinta de audio digital (DAT). Grabación óptica en disco. Disco Compacto. Codificación perceptual. DVD. MiniDisc. Interconexión. Audio digital en PC. Audio en internet. Servicios digitales de radiodifusión y televisión. Procesado digital. Apéndice. Convertidores Sigma-Delta de un solo bit y conformación de ruido. ISBN: 84-481-3625-X • N.° Páginas: 864 • Cubierta: 17 x 24 cm.

CONVERGENCIAS EN LAS TELECOMUNICACIONES Steven Shepard En esta obra se puede construir un puente que enlace las tecnologías y los servicios en las telecomunicaciones. Sus apartados fundamentales son: Las tecnologías de acceso y situación del mercado. Convergencia en las empresas. Convergencia en los servicios. Redefinición del proveedor de servicios. Recursos en línea sobre convergencia. ISBN: 84-481-3673-X • N.° Páginas: 320 • Cubierta: 17 x 24 cm.

REDES SAN SOBRE FIBRE CHANNEL Alan F. Benner La tecnología actual de redes SAN se basa principalmente en la arquitectura Fibre-Channel. Su contenido es: Canal de fibra y redes de rea de almacenamiento. Descripción general. Iniciación y transferencia de datos. FC-0 Interfaz Físico. FC-1: 8B/10B, Transmisores y receptores. Ordered Sets. FC-2: Tramas. FC__2: Secuencias e Intercambios. Servicios de Loginy Logout. Clases de servicio. Servicios de enlace. Detección y recuperación de errores. Cabeceras Opcionales y funciones especiales. Gestión de la Conexión Clase 1. Control de flujo. Bucles Arbitrales. Conmutaciones Fabric. FC-4. SCSI e IP sobre canal de fibra. Trabajo Futuro. FC-PH y posteriores. Apéndice A. Referencias y futuras lecturas. ISBN: 84-481-3677-2 • N.° Páginas: 384 • Cubierta: 17 x 24 cm.

GUIIA COMPLETA DE PROTOCOLOS DE TELECOMUNICACIONES RAD COM Los protocolos de comunicación de datos se agrupan generalmente de acuerdo con su función dentro del modelo de siete niveles OSI (Interconexión de sistemas abiertas), que son los siguientes: Nivel físico. Nivel de enlace de datos. Nivel de red. Nivel de transporte. Nivel de sesión. Nivel de presentación. Nivel de aplicación. Los niveles físicos, de enlace de datos y de transporte son suficientes para proporcionar conexiones fiables a través de una red. El libro contiene todos los protocolos y tecnologías WAN, LAN y ATM con los que puede llegar a encontrarse en su trabajo cotidiano. ISBN: 84-481-3641-1 • N.° Páginas: 912 • Cubierta: 17 x 24 cm.

TELECOMUNICACIONES. REFERENCIA DE BOLSILLO Travis Russell La obra está repleta con la mayoría de las tecnologías y protocolos de telecomunicaciones, responde virtualmente cualquier pregunta acerca del tema, desde configuraciones de redes hasta transmisión de voz por internet. Ofrece datos comparativos sobre las tecnologías y principales protocolos de telecomunicaciones, cobertura de LAN y WAN, respuestas acerca de TCP/IP, formación clave acerca de ISDN, datos referentes a fibras ópticas, conmutación y puenteo y protocolos celulares. Un resumen que ahorra tiempo acerca de los fundamentos de las telecomunicaciones: transmisión, protocolos y conexión de redes. ISBN: 970-10-3548-8 • N.° Páginas: 408 • Cubierta: 14 x 17,3 cm.

VHDL, LENGUAJE ESTÁNDAR DE DISEÑO ELECTRÓNICO Lluis Teres / Yago Torroja I Serafín Olcoz I Eugenio Villar Todos los temas que componen este libro los hemos agrupado en los siguientes capítulos: Introducción. El VHDL y la evolución del diseño electrónico. Presentación del lenguaje VHDL. Sintaxis y semántica del lenguaje. Procesado y mecanismos de simulación del lenguaje VHDL. Del código fuente a la ejecución. Síntesis desde el VHDL. Técnicas y criterios de modelado para síntesis de hardware. Modelado con VHDL. Estrategias y técnicas de modelado y su aplicación a un proyecto. La gestión del diseño. El VHDL como base para la organización y desarrollo de proyectos. Apéndices y glosario. ISBN: 84-481-1196-6 • N.° Páginas: 528 • Cubierta: 17 x 24 cm.

SISTEMAS DE NAVEGACIÓN Ángel Corbasí Ortín Esta obra analiza desde el compás magnético a la navegación por satélite. Sus apartados principales: Introducción y descripción de los primeros instrumentos utilizados en la navegación (astrolabio, sextante, cronómetro, brújula...). La medida del tiempo. Navegación astronómica y radionavegación. Descripción de los sistemas Radar. Análisis y estudio de la navegación inercial. Introducción a la navegación inercial. Introducción a la mecánica celeste y descripción de los diferentes métodos de seguimiento de satélites artificiales. Análisis de los diferentes sistemas de navegación por satélite, TRANSIT, GPS, GLONASS. Sistemas de aproximación y aterrizaje. El sistema de navegación global por satélite GNSS (Global Navigation Satellite System). Las cartas de navegación actualmente más utilizadas. Bibliografía e índice. ISBN: 84-481-1206-7 • N.° Páginas: 402 • Cubierta: 17 x 24 cm.

RDSI. Conceptos, funcionalidad y servicios Gary Kessler I Peter Southwick El libro proporciona los últimos estándares y servicios en el campo de RDSI, presentando la información más completa disponible en la actualidad sobre ATM y Frame Relay, utilización de RDSI, para acceso a internet, servicios de banda ancha y Fast Packet, y mucho más. Incluye material muy ampliado sobre AIN (Advanced Intelligent Network); aplicaciones, productos y servicios RDSI y tecnologías de paquetes, como SMDS (Switched Multimegabit Data Service). ISBN: 84-481-2876-1 • N.° Páginas: 798 • Cubierta: 17 x 23.5 cm.

TECNOLOGÍAS ADSL y xDSL Walter Goralski Los temas que se tratan en el libro incluyen: Aplicaciones de la tecnología ADSL en materia de videoconferencia, teletrabajo y vídeo online. La arquitectura DSL y todas sus variantes: DSL, ADSL, HDSL (Línea Digital de Abonado de Alta Velocidad) y VDSL (Línea Digital de Abonado de Muy Alta Velocidad). Completa cobertura de la evolución de los métodos de transmisión digital. Convergencia de las tecnologías DSL y ATM (Modo de Transferencia Asincrono). Discusión y análisis en profundidad de ADSL. ISBN: 84-481-2848-6 • N.° Páginas: 400 • Cubierta: 17 x 23,5 cm.

TCP / IP Dr. Sidnie Feit Escrito con un estilo comprometido, dirigido a la resolución de problemas, esta obra incluye múltiples protocolos de internet usados por los servidores y navegadores de World Wide Web. Trata los principales cambios sobre el tema, incluyendo el nuevo estándar de seguridad de IP y el Protocolo de Internet de la próxima generación, más conocido como Ipng o IPV6. ISBN: 84-481-1531-7 • N.° Páginas: 668 • Cubierta: 17 x 23,5 cm.

MANUAL DE CISCO

Toby Velte ISBN: 84-481-2727-7 N.° Páginas: 664

MANUAL DE CISCO ROUTER

Toby Velte ISBN: 84-481-3176-2 N.° Páginas: 1.024