FACTIBILIDAD TÉCNICA PARA LA INSTALACIÓN DE LMDS
A la hora de realizar la planificación y despliegue de un sistema inalámbrico punto a multipunto existen varios factores que deben tenerse en cuenta: zona geográfica y orografía del terreno, densidad de abonados y consumo de tráfico, calidad de servicio requerida, balance de potencias del enlace radio, tamaño y número de celdas, emplazamiento de estaciones base, reutilización de frecuencias, coste del sistema, etc
Hasta hace pocos años, se creía que las frecuencias tan altas utilizadas en LMDS no permitirían ofrecer de forma viable un servicio masivo. La razón principal que se alegaba al respecto era la atenuación debida a la lluvia, y las altas potencias de emisión necesarias en consecuencia para lograr un cierto alcance de la señal, lo que haría inviable económicamente utilizar estas frecuencias como soporte de un servicio a la población en general, dada la dificultad/coste de emitir y recibir con la calidad adecuada la potencia de señal
necesaria. Sin embargo, el LMDS ha conseguido superar estas dificultades, fundamentalmente en la banda de 28 GHz, como demuestran desde hace varios años los sistemas en operación comercial existentes, entre los que destacan los de CellularVision en la ciudad de Nueva York y en 40 GHz, Philips (en pilotos experimentables). Las principales claves técnicas del sistema son tres: el teorema de Shannon de equivalencia entre ancho de banda y potencia, la recepción de haces muy estrechos y con polarización estable, y la reutilización de frecuencias.
Por el teorema de Shannon de equivalencia exponencial entre potencia y ancho de banda, si se duplica el ancho de banda utilizado, sólo es necesario emitir la raíz cuadrada de la potencia para lograr la misma relación señal a ruido en recepción. En bajas frecuencias, el espectro es un recurso particularmente escaso que se ha ido saturando a medida que han surgido nuevos servicios de telecomunicación, por lo que se debía recurrir a emisiones de alta potencia para compensar la limitación de ancho de banda. Es algo parecido a lo que sucede en una habitación con mucho ruido de fondo: hablamos más alto para aumentar la relación señal a ruido y hacernos entender. Lo malo es cuando la habitación está "saturada" y todo el mundo debe hablar alto a la vez, hasta que llega un momento en que ni así logramos entender a nuestros interlocutores. En LMDS se utiliza la táctica contraria: como el ancho de banda espectral es un recurso menos escaso (se dispone de 1 , 2 o 3 GHz), se utilizan sistemas de modulación en banda ancha para transmitir la señal (por ejemplo, modulación FM). Esto permite utilizar potencias mucho más bajas que en sistemas como la TV herciana convencional o el MMDS (multipoint multichannel distribution system, que dispone de "sólo" 200 MHz de ancho de banda), que emplean modulación AM.
Así por ejemplo, en Nueva York se transmite 49 canales analógicos de TV, a los que se han añadido recientemente para demostración 175 canales digitales utilizando polarización opuesta, transmitidos todos ellos de forma simultánea. Para ello, se utilizan potencias de emisión tan bajas como 20-30 watios en el emisor principal y de unos 100 mw en los repetidores. Por su parte, los canales telefónicos necesitan menos de 1 mw, frente a los cientos de miliwatios o los varios watios que radia un teléfono móvil convencional. Además, la calidad de señal recibida es excelente, muy superior a la de la TV convencional durante al menos el 99,9% del tiempo de emisión (los sistemas se diseñan para que menos del 0,1% del tiempo la calidad de imagen sea de "convencional" a "inferior"), frente al 99,7% de tiempo garantizado por los sistemas de TV satélite en DBS, que ya ofrecen mejor calidad que la TV herciana. Este ahorro de potencia en emisión y recepción permite utilizar equipos más pequeños y baratos, y además convierte al LMDS en un sistema "verde", ya que su contribución a la creciente polución electromagnética es mínima, y asimismo se minimiza el posible efecto pernicioso para la salud de las personas en las cercanías de los emisores: operadores del sistema en el centro emisor, vecinos de edificios con repetidores, y personas en los hogares o empresas que utilicen servicios bidireccionales con LMDS.Las otras dos claves del sistema son la recepción de haces muy estrechos y con polarización estable, y la reutilización de frecuencias. Emitiendo un haz con polarización muy estable, y captando solamente el haz de mayor potencia recibido en la antena (detección de haces muy estrechos, con discriminación de polarización), se desechan las contribuciones secundarias de señal procedentes de múltiples reflexiones, lo que suprime interferencias e imágenes "fantasma". Además, esto proporciona robustez adicional frente a la lluvia. Por último, utilizando simultáneamente polarización opuesta y desplazamientos de las frecuencias centrales por canal, tanto para difusión en células adyacentes como para canales de retorno de banda ancha en la propia célula, se consigue duplicar el ancho de banda efectivo del sistema, por lo que en LMDS a 28 GHz no es necesario alternar frecuencias entre células adyacentes, algo imprescindible en otros sistemas celulares, con el consiguiente ahorro de este recurso natural escaso y de creciente valor.
Dadas sus enormes posibilidades en banda ancha, el potencial de LMDS en el escenario de las telecomunicaciones sin hilos se compara en algunos sectores con la ruptura que supuso en su momento la fibra óptica en el mundo del cableado; de hecho, se le confiere el carácter de fibra óptica virtual .
En LMDS, cuando se establece una transmisión, esa "llamada" no puede transferirse desde una célula a otra como ocurre en el caso de la telefonía celular convencional; es por lo que LMDS se inscribe en el contexto de las comunicaciones fijas . En definitiva, el sistema LMDS se puede contemplar, desde un punto de vista global, como un conjunto de estaciones base ( también conocidas como hubs ) interconectadas entre sí y emplazamientos de usuario, donde las señales son de alta frecuencia ( en la banda Ka ) y donde el transporte de esas señales tiene lugar en los dos sentidos ( two-way ) desde/hacia un único punto ( el hub ) hacia/desde múltiples puntos ( los emplazamientos de usuario ) , en base siempre a distancias cortas . En consecuencia, se puede decir que LMDS es celular debido a su propia filosofía; en efecto, la distancia entre el hub y el emplazamiento de usuario viene limitada por la elevada frecuencia de la señal y por la estructura punto-multipunto, lo cual genera de forma automática una estructura basada en células .
En la banda Ka . El carácter innovador fundamental de la tecnología LMDS consiste en que trabaja en el margen superior del espectro electromagnético, en la banda Ka de 28 GHz, concretamente en el intervalo 27,5 GHz-29,5GHz, y en la banda de 31 GHz utilizada habitualmente para control de tráfico y vigilancia metereológica, concretamente en el intervalo 31,0 GHz-31,3 GHz .
La utilización de las bandas de frecuencia más elevadas del espectro ha tenido lugar tradicionalmente en el ámbito de sectores muy especializados, como defensa, y en particular, en el sector espacial, debido sobre todo a la complejidad de los sistemas electrónicos involucrados, especialmente de los semiconductores, con importantes repercusiones en los costes . En consecuencia, la utilización de estas bandas de frecuencia se ha visto históricamente reducida a estos sectores considerados de importancia estratégica por los gobiernos . Sin embargo, los rápidos avances en tecnología de semiconductores, concretamente en Arseniuro de Galio ( AsGa ) –que ha permitido la obtención de circuitos integrados monolíticos de microoondas, así como procesadores avanzados de señal, por citar sólo los logros más impactantes–, han propiciado que los costes disminuyan considerablemente hasta el punto de que la integración de las comunicaciones espaciales en el sector comercial ha pasado a constituir un proyecto viable y consolidado en todos sus aspectos .
El paso siguiente viene dado por la utilización de estas frecuencias elevadas, con la sofisticada tecnología electrónica asociada, en el segmento terrestre, y es aquí donde LMDS aparece como una de las primeras actuaciones . En efecto, las frecuencias correspondientes a la banda Ka se utilizan en el contexto de las comunicaciones por satélite: la innovación que conlleva LMDS se basa en su utilización en las comunicaciones terrestres .
Las señales de elevada frecuencia se han considerado siempre inadecuadas para las comunicaciones terrestres debido a que experimentan reflexiones cuando encuentran obstáculos ( como árboles, edificios o colinas ) en su camino de propagación, originando lo que se conoce como zonas de sombra a las que no llega la señal; en cambio, como las frecuencias bajas atraviesan fácilmente estos obstáculos, han constituido tradicionalmente las frecuencias de elección para este tipo de comunicaciones . Sin embargo, como las frecuencias altas del espectro ofrecen importantes ventajas en términos de ancho de banda fundamentalmente y bajo nivel de saturación del espectro, se está generando un gran interés en extender su aplicación desde el ámbito de las comunicaciones espaciales hacia el ámbito terrestre, siendo LMDS uno de los resultados tangibles en esta línea de actuación .
Camino sin obstáculos . Como consecuencia directa de trabajar con las frecuencias más elevadas del espectro, LMDS requiere la existencia de un line-of-sight o camino sin obstáculos entre la estación base/hub y la antena situada en el emplazamiento de usuario o abonado para que la señal no sufra reflexiones y pueda llegar a su destino . Por ello, LMDS se considera un sistema line-of-sight óptico en el sentido de que el camino entre los dos puntos entre los que se establece la transmisión debe aparecer libre de obstáculos .
Esta exigencia genera inevitablemente la aparición de zonas de sombra hasta el extremo de que en una zona urbana la sombra puede llegar a afectar a un 40 por ciento de los usuarios que existen en una célula . Para tratar de optimizar la solución a este problema se utilizan estrategias basadas en el solapamiento de células, de forma que las zonas resultantes de la intersección de esas células puedan tener acceso a más de una estación base y así dismimuir la probabilidad de que se produzcan rupturas del line-of-sight . La eficacia de este método viene dada en términos del porcentaje de usuarios de la célula a los que la señal les llega o la emiten sin problemas y que se estima en torno a un 85-90 por ciento . Otros métodos para tratar de disminuir el nivel de sombra en una determinada zona se basan en la utilización de reflectores y amplificadores .
Debido a que las moléculas de agua afectan al comportamiento de las señales de frecuencia elevada en términos de transferencia de parte de la energía de la señal a la molécula de agua, lo que produce un efecto de degradación de la señal conocido como "rain fade", la lluvia constituye en principio un problema para LMDS ya que provoca la pérdida de la potencia de las señales . Esto se soluciona básicamente aumentando la potencia de transmisión, reduciendo el tamaño de la célula o mediante ambos métodos a la vez . En el primer caso se utilizan normalmente sistemas de potencia variable que, asociados a equipos de detección de lluvia, aumentan la potencia de transmisión de forma automática cuando se produce la lluvia; cuando la optimización en la variación de potencia no resulta suficiente, se disminuye el tamaño de la célula para conseguir más potencia . De hecho, en células con radio menor de 8 km el rain fade no aparece . En líneas generales, en áreas geográficas con niveles de lluvia medios e incluso elevados se han conseguido niveles de fiabilidad del orden del 99,99 por ciento . Otros agentes meteorológicos, como la nieve o el hielo, no introducen ningún tipo de deterioro en la señal .
La comunicación en LMDS se establece de acuerdo con el concepto de radiodifusión ( en este aspecto aparece como una tecnología similar a MMDS o Multichannel Multipoint Distribution System ) , en concreto punto-multipunto donde las señales viajan desde o hacia la estación central hacia o desde los diferentes puntos de recepción ( hogares y oficinas ) diseminados por toda la célula . La particularidad aparece aquí, como se puede observar en la aseveración anterior, en que la comunicación se puede establecer en los dos sentidos simultáneamente ( two-way ) desde la estación central a los diferentes puntos de emplazamiento de usuario y viceversa . Esto es posible gracias a la tecnología digital, que ha sido en realidad lo que ha conferido toda la importante potencia tecnológica y estratégica que presenta los sistemas LMDS actuales, a los que se ha dado en llamar LMDS de segunda generación para distinguirlos de los primeros desarrollos que utilizaban tecnología analógica y un esquema de modulación FM .
Actualmente la FCC ( Federal Communications Commission ) está trabajando activamente en la generación de un soporte regulatorio para LMDS que permita optimizar su potencial tecnológico . Dentro de esta línea, ha asignado 1 . 150 MHz de espectro no continuo en 28 GHz-31 GHz, llamado Bloque A, y 150 MHz en la banda de 31 GHz, llamado Bloque B, con lo cual LMDS conlleva un ancho de banda espectral total de 1 . 300 MHz, una cifra que si se compara con PCS, por ejemplo, resulta considerablemente mayor con respecto a los 30 MHz de PCS bloque C, en concreto 40 veces mayor .
La tecnología LMDS utiliza el método de modulación QPSK ( Quadrature Phase Shift Keying ) que permite reducir las interferencias y aumentar casi hasta el cien por cien la reutilización del espectro . El ancho de banda conseguido gracias a estas características se acerca a 1 Gbps . Por otra parte, en lo que respecta al contexto de protocolos, LMDS aparece como un sistema especialmente neutro, lo cual aumenta su potencial integrador . LMDS puede trabajar en entornos ATM, TCP/IP y MPEG-2 .
Viabilidad tecnológica . A grandes rasgos, entre los elementos técnicos fundamentales necesarios para evaluar la viabilidad de un proyecto LMDS se encuentra el número de usuarios/abonados, que a su vez aparece como una función del tamaño de la célula, de la densidad de células y de la potencia de la estación base . Paralelamente, el tamaño de la célula se establece en función de las zonas de sombra, condiciones meteorológicas relativas a lluvia, nivel de solapamiento de las células y tecnología utilizada en los equipos
Básicamente, la infraestructura asociada a LMDS consiste en el segmento de la estación base o hub y el segmento de usuario . Este último está conformado por una serie de antenas/transceivers de baja potencia situadas en cada emplazamiento de usuario; en cada hogar para el caso residencial y en cada oficina/emplazamiento industrial para el caso de negocios . El tamaño de estas antenas, que se pueden instalar en tan sólo dos horas, es muy pequeño . Las antenas reciben las señales emitidas por la estación base/hub al mismo tiempo que emiten señales hacia esa estación base/hub . Mediante un down-converter la señal en la banda de 28 GHz se pasa a una frecuencia intermedia IF ( Intermediate Frequency ) para que la señal sea compatible con los equipos del usuario; recíprocamente, mediante un up-converter, esta señal de frecuencia intermedia se convierte en una señal de frecuencia en 28 GHz para generar la transmisión desde el emplazamiento de usuario hacia el hub . El segmento de usuario comprende también el set-top-box, basado tradicionalmente en tecnología analógica, aunque se está trabajando activamente en incorporar tecnología digital, con lo cual se mejora considerablemente la recepción de señales de vídeo en formato MPEG-2 .
Otras partes del segmento de usuario son una serie de interfaces para implementar la integración en el marco del sistema de comunicaciones del usuario, y equipos para realizar la interconexión con la WAN ( Wide Area Network ) –como enlaces con la central telefónica para generar líneas telefónicas y/o cabeceras ( headend ) de televisión por cable–, una interfaz Ethernet para conectar ordenadores y equipos asociados y una interfaz de red para controlar la interacción entre los diferentes equipos informáticos y de comunicaciones . En concreto, esta interfaz de red, conocida como NIU ( Network Interface Unit ) , constituye una interfaz estandarizada para todos los equipos existentes en el emplazamiento de usuario, como, por ejemplo, PBX o multiplexadores de acceso integrado .
A modo de resumen y en términos muy generales, en el segmento de usuario la antena capta la señal emitida por el hub y la unidad de interfaz de red la convierte en voz, vídeo y datos, y la distribuye por todos los cables existentes en la planta del edificio .
El segmento de la estación base está formado por la propia estación omnidireccional o sectorizada, que se sitúa sobre estructuras o edificios ya existentes o sobre torres de transmisión de una altura determinada para poder disminuir al máximo las zonas de sombra .
La antena sectorizada permite reutilizar frecuencias, lo cual produce un notable incremento de la capacidad global del sistema, en particular, en lo que concierne a la generación de servicios en dos sentidos .
Modo de funcionamiento
Su modo de funcionamiento se basa en dividir el diagrama de radiación de la antena en sectores, de forma que se puedan crear diferentes nodos de área de servicio . Así, si se dispone de un determinado margen de frecuencias X en la antena para cubrir una zona en la que se encuentran Y abonados, según el principio de sectorización de la antena, esta zona se podría dividir en, por ejemplo, Z sectores, de modo que cada uno de ellos, donde habría Y/Z abonados, utilizaría la frecuencia X completa para su propio servicio, con lo cual se obtiene una multiplicación de la capacidad del sistema en términos del número de abonados al que se puede dar servicio, al mismo tiempo que cada sector presenta un conjunto de servicios previamente determinado . Este tipo de antenas aparece habitualmente en el ámbito de las comunicaciones celulares.
En LMDS la sectorización se realiza en cuadrantes, normalmente utilizando polaridades alternadas horizontal y vertical en cada sector . Esta diversidad en la polarización permite optimizar la reutilización de frecuencia; en el caso de 4 sectores se obtiene una ventaja de 4:1 con respecto a otros sistemas que no emplean técnicas de reutilización de frecuencia, lo cual proporciona una importante ventaja competitiva en términos de costes . Los niveles de reutilización del espectro obtenidos se acercan al cien por cien.
El equipo asociado a la estación base está configurado en función de una filosofía modular, de forma que se pueda realizar el despliegue para prácticamente cualquier número de circuitos por sector . En líneas generales, se puede afirmar que la capacidad de estos sistemas LMDS es realmente notable; en la literatura existente se encuentran datos relativos a esta capacidad tales como que una sola estación base proporciona líneas telefónicas y de datos para dar servicio a aproximadamente 80.000 abonados.
Infografía
http://www.tdx.cesca.es/TESIS_URL/AVAILABLE/TDX-1104104-101718/Tavb10de23.pdf
En este trabajo se dá una explicación detallada del sistema LMDS.
http://www.monografias.com/trabajos13/guiadeim/guiadeim.shtml#FACT
Trabajo donde se describe con detalles el LMDS.
En este site se muestra una breve explicación de lo que es el LMDS.
http://www.radioptica.com/Radio/tecnol_LMDS.asp#top
La introducción de nuevos servicios multimedia en el entorno residencial o empresarial, tales como vídeo bajo demanda, videoconferencia, etc., requiere de una gran cantidad de ancho de banda que debe ser soportada por las redes de acceso
[Preguntas]
[Principal
Foro]
[Dinámicas][Respuestas]
[Evaluación]
[Grabación
Chat]
[Críticas]
Última actualización: 31/05/2005