8.2 Arquitecturas de red LMDS 8.2.3 Introducción a las arquitecturas LMDS

Cualquier infraestructura asociada a LMDS se podría separar en dos segmentos, el segmento de la estación base y el segmento de usuario. El segmento de usuario, o también llamado abonado, está conformado por una serie de antenas de baja potencia y transceivers, que se implementan en cualquier punto en el que exista un usuario. Las antenas reciben las señales emitidas por la estación base al mismo tiempo que emiten señales hacia la estación base. El segmento de usuario comprende también las interfaces necesarias para implementar la integración del sistema de comunicaciones. Esto permite realizar en forma integral y transparente la interconexión con la WAN, conexión con la central telefónica para generar líneas telefónicas, cabeceras de televisión por cable, una interfaz Ethernet para la conexión de terminales, etc. Esta interfaz de red, conocida como NIU (Network Interface Unit) o IDU (InDoor Unit), constituye una interfaz estandarizada para todos los dispositivos existentes en el segmento del usuario. El sistema LMDS se basa o 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 los sistemas LMDS es realmente notable, por ejemplo, una sola estación base puede llegar a proporcionar líneas telefónicas y de datos para dar servicio a aproximadamente 80.000 usuarios. Como podemos ver por medio de este ejemplo la viabilidad tecnológica, de transmisión o escalabilidad parece asegurada en LMDS. Sólo el mercado determinará su triunfo o fracaso. En la actualidad es aún un sistema minoritario sólo al alcance de empresas, no de usuarios residenciales, porque pese a que el equipamiento no ofrece problemas, sus costos son elevados y aún no parecen asumibles por el sector residencial.

8.2.4 Arquitectura y topología de red

LMDS es un sistema de comunicación de punto a multipunto que utiliza ondas radioeléctricas a altas frecuencias, en torno a 26, 28 ó 40GHz, en las que existen bandas de frecuencia de unos 2GHz con atenuación mínima ante los agentes atmosféricos. Dado el ancho de banda disponible, LMDS puede ser el soporte de una gran variedad de servicios simultáneos: televisión multicanal, telefonía, datos, servicios interactivos multimedia (tele educación, telemedicina) acceso a Internet en banda ancha, etc.

8.2.5 Estructura de celdas

En los sistemas LMDS, el área a cubrir se divide en células de varios kilómetros de radio cada una dependiendo de la frecuencia de transmisión:

De 10 a 15km en la banda 3,5GHz. De 3 a 9km en la banda de 28GHz. De 1 a 3km en la banda de 40GHz.

El usuario recibe la señal mediante una de estas tres posibles vías: Desde el emisor principal de la célula, si existe visibilidad directa entre éste y el receptor. Desde un repetidor, en zonas de sombra. Desde un rayo reflejado en alguna superficie plana, como ser paredes de edificios, reflectores,

repetidores pasivos, etc. La antena receptora puede ser de dimensiones muy reducidas como antenas planas, con capacidad de emisión en banda ancha o de banda estrecha. En definitiva, se trata del acceso al bucle local vía radio. Esta nueva tecnología presenta una serie de ventajas hasta ahora inalcanzables a través de las conexiones vía cable, como ser una alta capacidad de transmisión, despliegue e instalación muy rápidos, crecimiento inmediato y simplicidad en el mantenimiento.

8.2.6 Estructura punto-multipunto fijo

Las redes de acceso inalámbricas LDMS se caracterizan por una estructura punto a multipunto. Una estación base, ubicada en un lugar apropiado, ofrece cobertura a un conjunto de abonados que se encuentran dentro de su área de cobertura. De esta forma es como la estructura de una red de acceso inalámbrica coincide con la de cualquier red de tipo celular; pero con las ventajas propias de que las terminales a las que hay que proporcionar servicios no son móviles, sino fijas. Ello implica indirectamente que estas terminales fijas pueden tener un mayor consumo, pudiendo funcionar a frecuencias altas, brindando un mayor ancho de banda y capacidad. El único detalle a tener en cuenta es que es necesaria una línea de visión directa entre la estación base y las estaciones de usuario.

8.2.7 Requerimiento de línea de vista

Las señales de elevada frecuencia se han considerado siempre inadecuadas para las comunicaciones terrestres debido a que experimentan fuertes reflexiones cuando encuentran obstáculos (como árboles o edificios) en su camino de propagación. Entonces, como consecuencia directa de trabajar con el rango de frecuencias más elevadas del espectro, LMDS requiere la existencia de una línea de vista o camino sin obstáculos entre la estación base y la antena situada en el emplazamiento del usuario o abonado para que la señal no sufra reflexiones y pueda llegar a su destino.

Esta exigencia de línea de vista, genera inevitablemente la aparición de zonas de sombra (áreas en las que la señal no llega). En áreas urbanas estas zonas de sombra pueden llegar hasta el extremo de afectar a un 40 por ciento de los usuarios que existen en una célula o estación base. Para lograr optimizar este problema se utilizan estrategias basadas en el solapamiento de células, de forma tal que las zonas resultantes de la intersección de esas células puedan tener acceso a más de una estación base y así disminuir la probabilidad de que se produzcan rupturas de la línea de vista. Otros métodos para tratar de disminuir el nivel de sombra en una determinada zona se basan en la utilización de reflectores y amplificadores.

8.2.8 Combinación con redes de transporte por fibra óptica (HFR)

Como ya vimos, la infraestructura de LDMS provee anchos de banda lo suficientemente grandes como para poder brindar una multitud de servicios. Sin embargo, se debe notar que la red LDMS generalmente es una red de última milla, lo que quiere decir que se convierte en el enlace entre la red de transporte (SDH, SONET, ATM, etc.) y los usuarios finales a través de las estaciones base. Una red inalámbrica como LMDS se nutre generalmente a través de una red cableada, en la práctica esto se lleva a cabo por medio de fibra óptica. Debido a esto en muchas ocasiones se denomina a LMDS como una red HFR (Hybrid Fiber Radio), ya que las estaciones base se encuentran interconectadas a través de fibra óptica.

8.2.9 Arquitecturas disponibles en LMDS

En el diseño de sistemas LMDS son posibles varias arquitecturas de red distintas. La primera distinción que se debe hacer es con respecto a la forma de transmisión de los dispositivos involucrados en el enlace, de acuerdo con esto la transmisión se puede realizar en forma unidireccional o bidireccional. La mayoría de los operadores utilizarán diseños de acceso inalámbrico punto a multipunto, donde la estación base utilizará una antena del tipo omnidireccional y transmitirá en forma bidireccional, y los clientes se comunicarán en forma bidireccional también. Sin embargo, existen otras arquitecturas disponibles como ser, sistemas punto a punto y sistemas de broadcasting de TV. En los sistemas punto a punto la estación base trabajará con una antena del tipo direccional y transmitirá en forma bidireccional, y en el segmento del abonado la transmisión será bidireccional. Por otro lado, en los sistemas de broadcasting de televisión la estación base utilizara un antena del tipo omnidireccional y transmitirá en forma unidireccional. Como conclusión de estas diferentes arquitecturas, es de esperar que los servicios del sistema LMDS sean una combinación de voz, datos y video, combinando las diferentes infraestructuras.

8.2.10 Elementos constitutivos de la arquitectura LMDS

A pesar de las diferentes arquitecturas que pueden ser montadas en una red LDMS, todas contarán con los mismos elementos de base. En las siguientes secciones realizaremos una breve descripción de ellos. A continuación se listan los principales elementos de una arquitectura LMDS:

Centro de operaciones y administración de la Red o Cabecera. Backbone. Estación Base. Equipamiento del Cliente, CPE.

8.2.11 El Centro de Operaciones de Red (NOC)

El NOC contiene el equipo del Sistema de Administración de la Red (NMS – Network Management System). Éste se encarga de administrar amplias regiones de la red con lo cual también existe la posibilidad de interconectar varios NOCs. Generalmente, estos integran infraestructuras basadas en fibra óptica, sistemas de conmutación ATM e IP y conexiones con Internet y la Red Telefónica Pública (PSTNs).

8.2.12 Infraestructura de backbone

Podríamos hablar de la infraestructura del backbone como la red de transporte cableada que alimenta a las estaciones base, las cuales a su vez transmiten la información al segmento del abonado. El backbone, como red de transporte, podrá presentar cualquier tipo de tecnología, sin embargo, en general estará constituido por enlaces de fibra y basado en redes SDH, SONET, ATM, etc.

8.2.13 Estación de base

En la estación base es donde se realiza la conversión de la infraestructura de fibra a la infraestructura inalámbrica. Los equipos que permiten la conversión incluyen la interfaz de red para la terminación de la fibra, funciones de modulación y demodulación, equipos de transmisión y recepción de microondas ubicados típicamente en techos o postes. Entre sus características se encuentra la conmutación local que puede no estar presente en diferentes diseños. Si la conmutación local se encuentra presente, los usuarios conectados a la estación base podrán comunicarse entre sí sin tener que ingresar en la infraestructura de fibra óptica del backbone. De esta manera, la administración del canal de acceso, registro y autenticación ocurren localmente en la estación base.

8.2.14 Equipo del cliente (CPE)

Las configuraciones del equipo del cliente varían entre diferentes proveedores y dependen de las necesidades del cliente. Básicamente, toda implementación incluye un equipo microondas externo y un equipo digital interno capaz de proveer modulación, demodulación y control. El equipo del cliente se añade a la red utilizando métodos de división de tiempo (TDMA – Time Division Multiple Access), métodos de división de frecuencia (FDMA – Frequency Division Multiple Access) o división de código (CDMA – Code Division Multiple Access). Las interfaces de los equipos del cliente cubrirán el rango de señales digitales desde nivel 0 (DS-0), servicio telefónico (POTS), 10BaseT, DS-1 no estructurado, DS-1 estructurado, Frame Relay, ATM25, ATM serial sobre T1, DS-3, OC-3 y OC-1. Las necesidades de los clientes varían, van desde grandes empresas (por ejemplo, edificios de oficinas, hospitales, universidades), en las cuales el equipo microondas es compartido por muchos usuarios, a tiendas en centros comerciales y residencias, en las que serán conectadas oficinas utilizando 100BaseT. Obviamente diferentes requerimientos del cliente necesitarán diferentes configuraciones de equipo y distintos costos.