ESPE – ANTENAS 2013

ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITOINGENIERÍA ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

ESTUDIO DEL ESTADO DEL ARTE DE LOS ESTANDARES DE LA COMUNICACIÓN WiMAX

Cristian Fernando Hernández FueltalaEmail: cfhf@hotmail.es

RESUMEN: El sector de las telecomunicaciones ha experimentado un avance vertiginoso en los últimos años. Ante el poco éxito que han tenido otras tecnologías inalámbricas de bajo coste se han utilizado en la mayoría de los casos para

enlaces de largo alcance tecnologías WiFi. Pero tal como vemos la perspectiva futura de otras tecnologías robustas, prometedoras y que actualmente trabajan también en bandas de frecuencia libre como WiMAX la tendencia es cada vez a la mejora e implementación de estos estándares, IEEE802.16, en WiMAX diseñado para comunicaciones inalámbricas

de larga distancia, pero aun económicamente más costoso.

ABSTRACT: The telecommunications sector has experienced a vertiginous advance in recent years. Before the little success who have had other wireless technologies low cost have been used in la most cases for longer range links WiFi

technologies. But such as we see the future prospect of other robust technologies, promising and who currently work also into frequency bands free as WiMAX the trend is each time to the improvement and implementation of these standards ,

IEEE802.11 and IEEE802.16 , the first WiFi adapted to the world of long distances and the second WiMAX designed for it , but even economically most costly.

PALABRAS CLAVE: WiMAX, WiFi, IEEE802.16, tecnologías inalámbricas, largo alcance, largas distancias, desarrollo, cooperación, banda ISM (Industria científica y medica), punto de acceso, UIT (Unión internacional de telecomunicaciones).

1 INTRODUCCIÓN

El presente trabajo se explica el estudio de las diferentes aplicaciones encaminadas a comunicaciones WiMAX de última generación, promovida por el IEEE y especialmente diseñado para proveer acceso de alta capacidad vía radio a distancias inferiores a 50 Km y con tasas de transmisión de hasta 70 Mbps.

2 DESARROLLO

2.1 DEFINICIÓN

Las redes de telecomunicación actuales disponen de una gran variedad de técnicas de acceso. Una de las técnicas de acceso de más

éxito es mediante una comunicación inalámbrica. Esta técnica permite aprovechar las ventajas de la propagación de las ondas vía radio para ofrecer al usuario el acceso a la red sin cables de red y, por lo tanto, mayor movilidad.La comunicación inalámbrica ha evolucionado hasta el punto de que es apta para ofrecer conectividad a Internet a un gran número de usuarios repartidos en áreas extensas.

WiMAX está diseñado para funcionar en las frecuencias de radio que van desde cientos de megahertz a 66 GHz. Al operar en un amplio rango de entornos y para satisfacer requisitos de las aplicaciones de banda ancha, WiMAX es una protocolo versátil y muy complejo.

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WiMAX es un concepto parecido a WiFi, y es inevitable realizar una comparación. Se trata de dos tecnologías basadas en estándares del IEEE para redes inalámbricas, pero totalmente distintas en definición y operación. WiMAX no solo alcanza distancias mayores sino que su ancho de banda es superior, además de poder garantizar Calidad de Servicio (QoS). WiFi fue diseñado como una tecnología de interiores, como alternativa al sistema cableado. WiMAX, fue concebido como solución de última milla para redes metropolitanas. WiMAX ofrece enlaces de PtP (Punto a Punto o “backhaul”) de hasta 50 km con capacidades de hasta 72 Mbps con LOS (Line of Sight o Línea de Vista) y rangos de NLOS (Non Line Sight o No Línea de Vista) de hasta 7 km para una distribución PtMP (Punto a Multipunto),(Figura 1). Es conveniente precisar que la técnica NLOS se puede utilizar en las frecuencias entre 2 y 11 GHz, mientras que en frecuencias de mayores a 11 GHz es posible solo utilizar modalidades LOS.

Figura 1. Esquema de propagación LOS y NLOS

WiMAX ofrece para el acceso de banda ancha inalámbrico, además de sus ventajas frente a técnicas basadas en estándares parecidos. Algunas de las relevantes las señalamos a continuación:

Utiliza la modulación OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) la que permite la transmisión en distintas frecuencias simultáneamente. Utiliza espaciamiento ortogonal con lo que se puede garantizar que no exista interferencia entre frecuencias.

Soporta mecanismos de antenas inteligentes (MIMO - Multiple-Input MultipleOutput) que mejoran la eficiencia espectral en sistemas inalámbricos y distintos tipos de antenas.

Soporta redes PtMP (Punto a Multipunto) y PtP (Punto a Punto).

Es capaz de implementar Calidad de Servicio (QoS) para los operadores NLOS sin que la señal se distorsione

severamente por la existencia de edificios y otras posibles causas de interferencia.

Soporta las multiplexaciones TDM (Time Division Multiplexing) y FDM (Frecuency Division Multiplexing), tal que permite la interoperabilidad entre los sistemas móviles (FDM) y los inalámbricos (TDM).

Como medidas de seguridad, incluyen mecanismos de criptografía y seguridad propios del sistema.

Posee un ajuste dinámico del tamaño del paquete de transmisión.

Tiene aplicaciones de voz, datos y video. Un sistema que implementa IEEE802.16

(WiMAX) presenta técnicas de modulación adaptativa dependiendo de las condiciones de la relación señal a ruido (SNR).

Técnicas como FEC (Forward Error Correction), codificación convolutiva, y otros algoritmos son usados para poder detectar y corregir errores, tal que ayudan a mejorar la SNR. Se incorpora, además, el ARQ (Automatic Repeat reQuest), para solucionar los errores que no puede solucionar la FEC.

Se implementan algoritmos de control de potencia en las estaciones base de manera que sea posible regular los niveles de potencia en las SS (o CPE), de forma que la potencia recibida por la BS sea ya predeterminada. Con esto se logra un ahorro de la potencia consumida por parte de los CPE’s.

2.2 Rendimiento de WiMAX en 4,9 GHz

Un estudio de WiMAX en cualquier frecuencia es de valor tanto para la industria aeroespacial y la investigación con comunidad. El estándar WiMAX deja áreas clave del protocolo, incluyendo programación de paquetes, embalaje del marco, y modulación / codificación de adaptación, no especificada. Para precisión del análisis y modelo WiMAX. Dado que los sistemas WiMAX no han sido ampliamente estudiados, hay una desconexión entre los sistemas WiMAX y teóricos del mundo de sistemas desplegados real . Esto motiva la investigación presentada en los documentos investigados. Utilizando el conocimiento de los equipos de opciones de implementación , que se derivan aplicación teórica rendimiento de los protocolos TCP y UDP y correlacionar resultados esperados con los resultados empíricos. También se resume los resultados de un análisis de la cobertura del sistema.

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Los resultados combinados lleva a un punto importante: si bien opciones de implementación de equipos contribuyen a la rendimiento alcanzado de WiMAX, la física alrededores 4.9 GHz propagación de RF es probable que tenga la impacto más significativo en el sistema de performance.12

WiMAX está diseñado para funcionar en las frecuencias de radio que van desde cientos de megahertz a 66 GHz. A operar en un amplio rango de entornos y para satisfacer requisitos de las aplicaciones de banda ancha , es un protocolo versátil y justificadamente complejo El WiMAX Foro aborda esta complejidad mediante la identificación de trabajo perfiles que definen modos de funcionamiento y de configuración permitiendo ajustes conjunto equipo para el mismo perfil a interoperar. Modos de funcionamiento y opciones de configuración que se especifica un perfil son:• Punto a multipunto (PMP) o malla operativo modos. PMP supone estaciones de abonado (SSS) deben comunicarse a través de un punto central, la estación base. Modo de malla implica suscriptor estaciones se pueden comunicar directamente con otro SLV.A lo mejor de nuestro conocimiento, no hayImplementaciones WiMAX que soportan malla modo.• Parámetros operacionales tales como frecuencia central gama, ancho de banda de canal, tamaño del canal de paso de frecuencia , tamaño de la FFT y el modo de impresión a doble cara ( por división de tiempo dúplex y dúplex por división de frecuencia) .• 802.16d (fijo y portátil) y 802.16e (móvil) operación.

2.3 ANALISIS COMUNICACIONES WiMAX

Desde mi punto de vista se hace necesario incluir una comparativa teórica entre la información obtenida en los papers analizados sacando las ventajas y desventajas, características positivas y negativas de esta tecnología, en general y en el caso de largas distancias.

Debilidades Su precio aun no es competitivo como el

de WiFi y tardará en serlo si alguna vez se puede ofrecer equipos WiMAX a precio de WiFi.

Fortalezas

Posibilidad de brindar servicios con QoS garantizada. Diferenciación de flujos.

Estándar específicamente diseñado para largas distancias. No necesita adaptación de fabricantes o propietarias como WiFi.

MAC determinista, total control de SS y apropiada para soluciones PtMP.

Instalaciones de BS y CPE rápidas sencillas y con interfaces de gestión gráficos e intuitivos.

Mayor ancho de banda, mayor throughput, variedad de anchos de canal y modulaciones adaptativas.

Clara ventaja en número de usuarios, como se trata de una tecnología celular donde la BS controla a usuarios y tráfico, esta puede teóricamente soporta más de 64 usuarios por sector, en una topología PTMP.

Utiliza varios tipos de capa física, entre ellos el más importante utiliza la técnica OFDM que permite modulaciones ortogonales, modulación adaptativa y mejora en la tasa de bits a nivel físico.

Amenazas

Es previsible que, incluso en largo plazo, WiMAX no cubra un escalón de costo que supone sus despliegues y siga siendo desplazado por WiFi en escenarios rurales.

Oportunidades

Posibilidad de movilidad. La economía de escala en la que se

mueve su mercado hace que cada año el precio de los equipos bajen.

3. CONCLUSIONES

Dado que la calidad de la tecnología es aumentar la demanda la propuesta de trabajo puede proporcionar la solución para el reemplazo de la fibra óptica (Fiber to Home) por interiores y se reducirá costos significativamente para la próxima redes de nueva generación (NGN).

El número máximo de clientes comparando con otras tecnologías es ampliamente superior en WiMAX.

La mayor desventaja de WiMAX sigue siendo su inversión económica inicial, sin embargo su capacidad de extensión es amplia y sus costes

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de mantenimiento, monitoreo y gestión, se pueden ver significativamente reducidos en el tiempo, comparando con WiFi, por la implementación de robustas aplicaciones o interfaces para el usuario, intuitivas y fáciles de gestionar.

El software en equipos WiMAX es no es abierto, los programas gráficos de análisis de red como RedLinkBudgetTool (de RedLine) ofrecen mejores prestaciones de análisis que radiomobile (por ej).

4. RECOMENDACIONES

Realizar la lectura de los documentos a investigar de forma completa y con una buena traducción de los que se encuentran en inglés para poder realizar una buena redacción del estudio del estado del arte.

Este tipo de trabajos investigativos, permiten que el estudiante vaya conociendo información acerca de las carreras que en un futuro cursará, lo que causa motivación y deseos de superación, por lo que se recomienda incentivar a la realización de este tipo de tareas investigativas.

5. TRABAJOS FUTUROS

Se puede llegar a conexiones que sean totalmente independientes de cableado, desde los data center´s hasta los usuarios finales, teniendo buenas conexiones y mayor eficiencia en espacios.

Se podría llegar a conexiones punto a punto en bandas sin licencia (5,4GHz) en aplicaciones como enlaces entre edificios, extensiones ADSL.

En conexiones multipunto punto se puede competir con empresas de alquiler de líneas de transmisión dando solución inalámbrica a empresas.

En los servicios móviles por satélite se podría desarrollar dispositivos satélite-terrestre de modo dual para facilitar redes de satélite terrestre hibrido.

6. BIBLIOGRAFÍA (Usar normas APA)

Autor: Jim Martin, Bo Li, Will Pressly, James Westall” WiMAX Performance at 4.9 GHz” disponible en: http://papi7.papi.uco.es/ieeexplore/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=5446943consultado Consultado el: 31/092013.

Autor:Rakesh Kumar Jha;” Location Based Radio Resource Allocation (LBRRA)In WiMAX and WiMAX-WLAN Interface network”;disponible en: http://papi7.papi.uco.es/ieeexplore/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=6151362 Consultado el: 31/092013.

Autor: Arif Ansari” S-WiMAX: Adaptation of IEEE 802.16efor Mobile Satellite Services” disponible en: http://papi7.papi.uco.es/ieeexplore/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=5116812. Consultado el: 31/092013.

Autor: Ankit Gupta, B. R. Chandavarkar “An Efficient Bandwidth Management Algorithm for WiMAX (IEEE 802.16) Wireless Network” disponibel en: http://papi7.papi.uco.es/ieeexplore/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=6304832 Consultado el: 31/092013.

Autor: Seung-Eun Hong, Member, IEEE, and Meejoung Kim” Design and Analysis of a Wireless Switched DigitalVideo Scheme for Mobile TV Services overWiMAX Networks” disponible en: http://papi7.papi.uco.es/ieeexplore/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=6200638 Consultado el: 31/092013.

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