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Trabajo de Investigació

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Integrantes:

David Hernández AguilarSergio Hernández ContrerasFabián Herrera Osorio

Taller de Implementación de Redes InalámbricasMarcos Hinojosa Contreras

ContenidoIntroducción.....................................................................................................................................3¿Qué es WiMAX?.............................................................................................................................4ESTANDARIZACIÓN DE LA WIMAX...........................................................................................5

IEEE 802.16-2004..........................................................................................................................................5

IEEE 802.16e.................................................................................................................................................6

WiBro............................................................................................................................................................7

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PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE WIMAX........................................................................8¿Qué es Foro WiMAX?.................................................................................................................10¿Para qué sirve WiMAX?............................................................................................................10¿Dónde se usa WiMAX?.............................................................................................................11

Servicio de banda ancha de alta velocidad:................................................................................................11

WiMAX ofrece dos tipos de conexiones:....................................................................................................11

¿Donde se utilizara WiMAX?......................................................................................................................12

Un escenario WiMAX..................................................................................................................................12

WiMAX en zonas difíciles............................................................................................................................13

El Sistema WiMAX........................................................................................................................14Ventajas y Desventajas.............................................................................................................15

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Introducción

El siguiente informe tiene por objetivo la investigación sobre la tecnología WiMAX en forma detallada recopilando información sobre su funcionamiento, estándares utilizados, modo de uso, equipos utilizados, comparación con otras tecnologías inalámbricas, etc. Así también se mostrara la diferencia entre WiMAX fijo (802.16-2004) y WiMAX móvil (802.16e), las principales características de esta tecnología, y sus ventajas y desventajas.

WiMAX es un estándar de comunicación radio de última generación, promovido por el IEEE y especialmente diseñado para proveer accesos vía radio de ultima milla de alta capacidad a distancias entre 50 y 60 kilómetros y con tasas de transmisión de hasta 75 Mbps.

La Tecnología WiMAX se puede utilizar en diferentes tipos de arquitecturas de red, como por ejemplo, en enlaces punto a punto, redes MAN, cobertura de hot-spots Wi-Fi, redes empresariales, backbones, etc. con altas garantías de disponibilidad y estabilidad.

Esta tecnología puede ser utilizada en lugares remotos donde no llegan los cables de cobre o no es viable económicamente instalarlos, por lo que la hace una tecnología con un potencial crecimiento.

A continuación se hablara con más detalles sobre esta tecnología y sus diferentes componentes.

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¿Qué es WiMAX?

WiMAX son las siglas de 'Worldwide Interoperability for Microwave Access', y es el nombre comercial de un grupo de estándares inalámbricos que trabajan bajo los estándares de acceso inalámbricos IEEE 802.16. Estos estándares permitir conexiones de velocidades similares al ADSL, y con una distancia de hasta 50-60 km.

WiMAX es la base para WirelessMAN (Wireless Metropolitan Area Network), que sirve de apoyo para facilitar las conexiones en zonas rurales, y también es utilizada en el mundo empresarial para implementar las comunicaciones internas. Además, su propagación supondrá el despegue definitivo de otras tecnologías, como VoIP. Una antena WiMAX está conectada al proveedor de Internet (ISP) por medio de fibra óptica o cable con un alto ancho de banda (30 Mbps o más) y esa misma antena, en el modelo de la telefonía celular, puede ser el punto de acceso a la red tanto de usuarios móviles como de otras antenas funcionando como repetidoras, sin conexión por cable alguno. De esta forma, la tecnología WiMAX permite enlazar zonas rurales o de difícil acceso, donde las compañías de telecomunicaciones no han colocado cables por el costo de instalación o mantenimiento.

Parte fundamental de la cobertura, estabilidad e impacto de las redes MAN apoyadas en WiMAX radicará en la frecuencia de transmisión. Existen dos alternativas:

1. Cuando el equipo del usuario se encuentre en una zona con varios obstáculos (edificios, árboles, cerros, etcétera) se podrá usar una baja frecuencia, en el orden de los dos a 11 GHz. Estas frecuencias son menos susceptibles a la pérdida del enlace por algún objeto que se interponga entre la antena WiMAX y el dispositivo del usuario. El precio por pagar para mantener la conectividad, es que el ancho de banda también será inferior a los 54 Mbps.

2. Si existe línea de vista, es decir, cero obstáculos entre la antena WiMAX y el equipo del usuario, se podrá optar por una mayor frecuencia, hasta 66 GHz, con el considerable incremento en el ancho de banda. La norma 802.16 establece un tope de 70 Mbps.

ESTANDARIZACIÓN DE LA WIMAX

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La tecnología WiMAX evoluciono a partir del estándar 802.16, caracterizándose por sus enlaces fijos con visión directa llamada LOS (Line Of Sight), lo que significa que tanto como el transmisor como el receptor debían verse entre ellos. El estándar inicial 802.16 se encontraba en la banda de frecuencias de 10 a 66 Ghz, capa normal de acceso a los medios (MAC), multiplicación (TDD o FDD), desarrolla hasta una velocidad de 134 Mbps y requería de torres LOS (line of sight). La nueva versión 802.16a, que fue ratificada en marzo de 2003, utiliza una banda del espectro más estrecha y baja, de 2 a 11 Ghz, facilitando su regulación. En esta versión se implemento la arquitectura punto a multipunto la cual no requiere de torres de visión directa NLOS sino únicamente del despliegue de estaciones base (BS) formadas por antenas emisoras/receptoras con capacidad de dar servicio a unas 200 estaciones suscriptoras (SS) que pueden dar cobertura y servicio a edificios completos. La tecnología 802.16a desarrollo una velocidad de hasta 75 Mbps.

IEEE 802.16-2004

Conocido también como IEEE 802.16d o 802.16REVd, se caracteriza, de las versiones anteriores, porque va más orientado a la implementación y colocación por parte de los suscriptores, en pocas palabras que todo le sea más práctico para los abonados o suscriptores, ya que le permite al abonado, que el mismo pueda colocar su equipo, como si fuera una antena de televisión, pero en el exterior de su inmueble, al mismo tiempo este pueda acceder de forma inalámbrica en el interior de su casa, esta versión utiliza comúnmente la banda 2.5 GHz con licencia y sin licencia las bandas 3.5 y 5.8 GHz (Esta bandas dependerán de las políticas de acceso inalámbrico del país o región). Esta tecnología mejora los servicios de última milla en los diferentes aspectos como por ejemplo, disminuye la interferencia, el retraso difundido.

Es una tecnología reciente de acceso inalámbrico fijo, lo que significa que está diseñada para servir como una tecnología de reemplazo del DSL inalámbrico, para competir con los proveedores de cable de banda ancha o DSL, o para proveer un acceso básico de voz y banda ancha en áreas subastecidas donde no existe ninguna otra tecnología de acceso; los ejemplos incluyen a países en desarrollo y áreas rurales en países desarrollados donde el cable de cobre no tiene un sentido económico.

El 802.16-2004 posee las siguientes características: Cambios en la parte de OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing), mejor soporte de múltiple entrada/múltiple salida (MiMo), cambios en preámbulo (preamble), cambios en portadoras piloto, cambios en el formato de modulación para FCH (Frame control header), cambios en la sub-canalización, también es una solución viable para el backhaul inalámbrico para puntos de acceso Wi-Fi o potencialmente para redes celulares, en particular si se usa el espectro que requiere licencia. Finalmente, en ciertas configuraciones, WiMAX Fijo puede usarse para proveer mayores velocidades de datos y, por lo tanto, puede usarse como una opción de reemplazo de T-1 para abonados corporativos de alto valor.

En general, este estándar utiliza el CPE (consumer premise equipment), que consiste en una unidad exterior (antena, etc.) y un módem interior, lo que significa que se requiere que un técnico logre que un abonado residencial o comercial esté conectado a la red. En ciertos casos, puede usarse una unidad interior autoinstalable, en particular cuando el abonado está relativamente cerca de la estación base transmisora.

IEEE 802.16e

Es una mejora del estándar 802.16-2004 y lo que lo caracteriza es que está orientado al mercado móvil y con la utilización del acceso múltiple por división ortogonal de frecuencia (OFDMA), pretende dar mejores servicios y beneficios, y sobre todo mejor señal, ya que esta utiliza y agrupa subportadoras múltiples en subcanales, lo que crea mayores ventajas, por ejemplo: un abonado dentro de un enlace de transmisión, puede utilizar todos los subcanales o viceversa un conjunto de abonados pueden seleccionar uno o muchos subcanales en forma paralela.

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Es una banda ancha móvil y está diseñado para ofrecer una característica clave de la que carece el 802.16-2004: portabilidad y movilidad. Este estándar requiere una nueva solución de hardware/software de adaptación con el anterior 802.16-2004, el estándar 802.16e, trata de incorporar una amplia variedad de tecnologías propuestas, algunas más comprobadas que las otras.

Utiliza S-OFDMA (scalable-OFDMA) tanto en el enlace ascendente como en el descendente. S-OFDMA significa que el número de tonos OFDM aumenta, o escala (de 128 tonos hasta 2.048 tonos), basándose en la calidad de la señal de RF para un usuario en particular, los requerimientos del usuario y el ancho de canal de radio que se usa. S-OFDMA permite a múltiples usuarios transmitir al mismo tiempo dando como resultado una eficiencia mejorada de red y una mejor experiencia del usuario.

Como se puede observar a lo largo de la evolución de estos estándares es que pueden ser implementados en diferentes segmentos de mercado, dependiendo de los limitantes de cada operadora, pero lo principal es que cada vez que surge una nueva versión, esta posee las mismas características que la anterior, pero con valores agregados, en este caso la versión 802.16e, lo que la hace diferente de la anterior versión, es que se puede utilizar enlaces físicos múltiples, pero sobre todo la portabilidad y movilidad, esto genera una gran ventaja, especialmente para los proveedores que apoyan esta nueva tecnología, ya que esta permite tener así misma escalabilidad y interoperabilidad, como por ejemplo la implementación con otras tecnologías como WIFI o 3G.

WiBro

Otra sigla que vale la pena mencionar es WiBro (Wireless Broadband ± Banda Ancha Inalámbrica). Específicamente, WiBro es un sistema basado en TDD que opera en un canal de radio de 9 MHz a 2.3 GHz con OFDMA como su tecnología de acceso. De acuerdo a quienes lo proponen, WiBro soporta usuarios viajando a velocidades de hasta 120 km/h (anteriormente se publicitó que estaba limitado a 60 km/h) y velocidades máximas de usuario de 3 Mbps en el downlink (enlace descendente), 1 Mbps en uplink (enlace ascendente) y 18Mbps de rendimiento máximo del sector en el downlink y 6 Mbps en uplink. Esta es La primera aplicación en gran escala de la tecnología WiMAX, la cual se realizó en Corea en el 2006.

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PRINCIPALES CARACTERÍSTICAS DE WIMAX

Características Descripción

Sin Línea de Vista (NLOS) No necesita línea de visión entre la antena y el equipo del suscriptor

Modulación OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

Permite la transmisión simultánea de múltiples señales a través de cable o aire en diversas frecuencias; usa espaciamiento ortogonal de las frecuencias para prevenir interferencias

Antenas inteligentes Soporta mecanismos de mejora de eficacia espectral en redes inalámbricas y diversidad de antenas

Topología punto-multipunto y de malla (mesh)Soporta dos topologías de red, servicio de distribución multipunto y la malla para comunicación entre suscriptores

Calidad de Servicio (QoS) Califica la operación NLOS sin que la señal se distorsione severamente por la existencia de edificios, por las condiciones climáticas ni el movimiento vehicular

FDM (Frequency DivisionMultiplexing) y TDM (Time Division Multiplexing)

Tipos de multiplexaje que soporta para propiciar la interoperabilidad con sistemas celulares (FDM) e inalámbricos (TDM)

Seguridad Incluye medidas de privacidad y criptografía inherentes en el protocolo. El estándar 802.16 agrega autenticación de instrumentos con certificados x.509 usando DES en modo CBC (CipherBlock Chaining)

Bandas bajo licencia Opera en banda licenciada en 2.4GHz y 3.5GHz para transmisiones externas en largas distancias

Bandas libres (sin licencia) Opera en banda libre en 5.8, 8 y 10.5 GHz(con variaciones según espectro libre década país)

Canalización De 5 y 10 MHz

Codificación Adaptiva

Modulación Adaptiva

Ecualización Adaptiva

Potencia de Transmisión Controla la potencia de transmisión

Acceso al Medio Mediante TDMA dinámico

Corrección de errores ARQ (retransmisión inalámbrica)

Tamaño del paquete Ajuste dinámico del tamaño del paquete

Aprovisionamiento Aprovisionamiento dinámico de usuarios mediante DHCP y TFTP

Tasa de transmisión Hasta 75 Mbps

Espectro de frecuencia · IEEE 802.16a entre 2-11 GHz (LOS) para comunicación entre antenas· IEEE 802.16b entre 5-6 GHz con QoS· IEEE 802.16c entre 10-66 GHz· IEEE 802.16e entre 2-6 GHz (NLOS) para distribución a suscriptores, móvil

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Alcance · 50 Km sin Línea de Vista· 8 ± 10 Km en áreas de alta densidad demográfica

Aplicaciones Voz, video y dato

Foro WiMAX Formado por 104 organizaciones con fabricantes de chips, de equipos y prestadores de servicios. Promueve la interoperabilidad entre diferentes marcas para soluciones de última milla.

¿Qué es Foro WiMAX?

Creado en el año 2001 para promover el estándar y para ayudar a asegurar la compatibilidad y la interoperabilidad a través de múltiples fabricantes. En sus primeras épocas, el Foro WiMAX estaba compuesto solo de algunos fabricantes de equipos relativamente pequeños que solían proveer equipos inalámbricos fijos a un mercado reducido, y dos grandes compañías de semiconductores: Intel y Fujitsu. Ninguno de los principales OEM (Original Equipment Manufacturer) estaba presente, aunque Nokia estaba en cierta medida asociado con el foro, y organizaciones como Motorola creían que era mejor perseguir estas oportunidades con su solución propietaria Canopy. De la misma manera, y quizá lo que es más importante, la tecnología carecía del respaldo de un operador, grande o pequeño.

En la actualidad, existen aproximadamente 300 compañías que participan en el Foro WiMAX, incluyendo algunos operadores y varios de los principales OEM, como por ejemplo, Alcatel, Ericsson, Lucent, Motorola, Nortel, entre otros.

¿Para qué sirve WiMAX?

Debido al alcance y el ancho de banda que proporciona el protocolo WiMAX, hacen de este estándar uno de los más adecuados para determinados tipos de aplicaciones de uso y utilidades. 

Uno de los usos más frecuentes suele ser el de proporcionar conectividad de banda ancha portátil y móvil, en cualquier lugar y momento, a través de una inagotable variedad de dispositivos, por otra parte, ofrece la posibilidad de acceder a una alternativa inalámbrica a los tradicionales sistemas de cableado, permitiendo el acceso libre de banda ancha. 

Es importante destacar que también permite establecer conexiones con sistemas de VoIP y de servicios IPTV, pero además, ofrece una eficaz fuente de conexión a Internet en todo momento y lugar, lo que puede llegar a beneficiar comercialmente si utilizamos nuestros dispositivos para administrar nuestro negocio de manera online. 

Una de las grandes ventajas por la cual cada vez son más los interesados en incluir este tipo de plataforma de conexión en sus equipos es el costo que se requiere para instalar una red

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WiMAX, el cual es bajo en comparación con otras tecnologías inalámbricas, como por ejemplo, GSM, ADSL o fibra óptica. 

Esto hace posible que en la actualidad, y a través de WiMAX, se pueda proporcionar conectividad inalámbrica a Internet de banda ancha en aquellos lugares donde hasta el momento era algo económicamente inviable. 

¿Dónde se usa WiMAX?

Si nos ponemos a pensar en las formas que nos permiten la conectividad a internet, existen básicamente 3 métodos para realizarlo.

Acceso por banda ancha: es aquella que puedes utilizar en tu casa a través de una tecnología DSL, o por cable modem.

WiFi: esta conexión se realiza a través de un router WiFi, la cual te permite conectarte a internet desde tu casa y a la vez poder desplazarte libremente por esta y viéndolo desde un lado más amplio, podemos encontrar hotspots, en carreteras, restaurantes, o en edificio con esta tecnología.

Servicio de banda ancha de alta velocidad:

Usar un método de conexión sin cables, como la típica red cableada, es más barato que la tecnología DSL, y mucho más fácil de extender hacia sectores urbanos y rurales, obtener una cobertura amplia, como si fuera una red de telefonía móvil, en vez de pequeños lugares con puntos hotspots. Esta tecnología Denominada WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) o bien Interoperabilidad mundial para acceso por microondas

En términos prácticos, WiMAX podría operar de una forma similar a WiFi pero a velocidad más altas, a más distancia y con un número mayor de usuarios. Podría cubrir las áreas urbanas y rurales considerados zonas “ciegas” que en la actualidad no tienen acceso a Internet de banda ancha porque las compañías de teléfono o cable no han extendido el cableado a esas localizaciones remotas

WiMAX ofrece dos tipos de conexiones:

Una conexión no orientada y a línea vista. , lo cual se asemeja a una conexión WiFi. Una pequeña antena en tu ordenador que se conecta a la torre.

Un servicio de conexión a vista, donde una parabólica apunta directamente a la torre WiMAX desde un tejado o sitio alto. Este tipo de conexión es más potente y estable, por lo que es capaz de enviar muchos datos con pocos errores. Se basa en frecuencias altas, las cuales pueden alcanzar hasta los 66 GHz Hay más ancho de banda y menos interferencias.

Con respecto a WiFi, La gran diferencia no es la velocidad, sino la distancia. WiMAX puede sobrepasar a WiFi en muchos kilómetros. WiMAX dará una cobertura de unos 50 kilómetros con acceso wireless. Este rango mejorado es debido a las frecuencias usadas y la potencia del transmisor. Por supuesto, también dependerá del terreno, el tiempo y los grandes edificios, que podrían reducir su máxima capacidad en algunas circunstancias.

¿Donde se utilizara WiMAX?

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Hay dos maneras de implementar WiMAX – como una zona de conexiones wireless donde los usuarios se podrán conectar cuando quieran y acceder a Internet con un portátil, o un punto central mediante un Hub con “conexión vista” que puede enlazar a cientos de usuarios a una conexión potente y sólida de alta velocidad.

Algunas ciudades pueden querer pagar algunas estaciones WiMAX en ciertas zonas de comercios y negocios, y después permitir a la gente que lo use gratuitamente o por una pequeña tarifa. Esto ya se hace con WiFi, aunque con la diferencia de que en vez de cubrir unos cuantos círculos determinados, se cubrirá una zona más amplia.

Algunas compañías pueden instalar transmisores de WiMAX y luego cobrar a la gente por tener acceso a través de esta red. De nuevo, esto es similar a las estrategias utilizadas por WiFi. En lugar de ir dando saltos por las celdas WiFi, la cobertura será continua sin cortes ni interrupciones.

Un escenario WiMAX

Teniendo en cuenta el escenario anterior que hemos descrito, Esto es lo que podría pasar si se consigue funcionar con WiMAX. Una ISP (proveedores de Internet), monta una estación WiMAX a unos cuantos kilómetros desde donde tú estás. A partir de ese momento ya se podría comprar un ordenador compatible con WiMAX o actualizar el que tienes para que funcione con esta tecnología. Recibirías un código especial de encriptación que te daría acceso a la estación base. Dicha estación base transmitiría datos por Internet hasta tu ordenador (a velocidades potencialmente más altas que las utilizadas hoy en día), por las cuales se pagaría una cuota mensual o anual.

Dicha cuota sería mucho más baja dado que se ha eliminado cualquier tipo de conexión física entre el usuario y el proveedor del servicio.Si tienes una red casera con varios PCs, las cosas cambiarían bastante. La estación base WiMAX enviaría datos al router habilitado para esta tecnología, el cual enviaría datos a los diferentes ordenadores de la red.

WiMAX en zonas difíciles.

Para lograr una conectividad y un servicio apropiado, se instala una antena de gran alcance en una zona elevada para que este no encuentre ningún obstáculo, para el caso de las zonas sombra, se instalaran repetidores para solucionar el problema.

Cada foco de población contara con un equipo informático que le permita recibir y emitir datos, estos serán alimentados con energía solar, ya que existen zonas en las cuales, se carece de energía eléctrica.

Las placas fotovoltaicas, estarán conectadas a baterías, las cuales proporcionaran conectividad alrededor de 5 a 6 horas aprox.

Para el caso que las condiciones climáticas no permitan cargar las baterías, se instalaran generadores auxiliares de pequeña potencia, de esta misma forma, la antena será alimentada por un generador pero de gran potencia, ya que su alto consumo eléctrico, no permite el uso mediante energía solar.

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El Sistema WiMAX

Una torre WiMAX, muy similar en concepto a una de telefonía. Una de estas torretas puede dar cobertura a un área de gran extensión, llegando a los 8000 kilómetros cuadrados, esta se puede conectar directamente a Internet usando una conexión cableada de banda ancha. Puede también conectar a otra torre WiMAX usando una conexión por microondas. Esto hace que WiMAX llegue a zonas perdidas donde no es viable tirar líneas de cable para comunicaciones

Receptor WiMAX – El receptor y antena puede ser un pequeño cajetín o tarjeta PCMCIA, o se puede integrar en un portátil de la misma manera que se hace en WiFi hoy en día

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Ventajas y Desventajas

Ventajas:

Acceso a Internet en zonas de difícil acceso. Puede incorporar múltiples servicios simultáneamente. Mayor tasa de transferencia que WiFi y también mejor cobertura que este. Soporta cientos de usuarios, dependiendo del ancho de banda. Puede ocupar antenas inteligentes, o también llamadas antenas de celulares 3G. Tiene medidas de autenticación de usuarios y encriptación de datos.

La principal desventaja:

Limitación de potencia para prever interferencias con otros sistemas. Al operar en fre-cuencias que no requieren licencia los entes reguladores del gobierno por lo general li-mitan la cantidad de potencia que puede transmitirse.

Interferencia, si no se tiene un buen equipamiento.

Costo, puede ser de un costo medianamente elevado por su mantención.

Comparativa de WiMAX frente a otras tecnologías

WiMAX802.16

WiFi802.11

MBWA*802.20

UMTS yCDMA2000

Velocidad 124 Mbit/s 11-54 Mbit/s 16 Mbit/s 2 Mbit/s

Cobertura 40-70 km 300 m 20 km 10 km

Licencia Si/No No Si Si

Ventajas Velocidad y Alcance

Velocidad y Precio Velocidad y Movilidad

Rango y Movilidad

Inconvenientes

Interferencias Bajo alcance Precio alto Lento y caro

Conclusión

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Hemos podido apreciar que esta tecnología de comunicación es muy efectiva, debido a que su cobertura y tráfico de datos, es relativamente mayor en comparación a otros métodos de transferencia de datos.Esto lo hace especialmente diseñado para zonas rurales de difícil acceso o si bien quieres ofrecer un servicio inalámbrico a bajos costos o gratis.la novedad de este servicio, es que, ya que su cobertura es de unos 8000 metros cuadrados aproximadamente, hace relativamente fácil trasladarse dentro de un pequeño pueblo, sin necesidad de estar preocupado sobre la calidad del servicio o la intensidad de la señal.

Por otra parte tenemos el gran beneficio de que esta tecnología, es aplicable a dispositivos móviles, lo que nos hace estar comunicados en todo momento a internet, desde Smartphone o tablets o sino desde un PC o Laptops.

Si bien Wimax ha tenido mejoras a lo largo del tiempo, aun es una tecnología que se está implementando y podemos notar, por las características que lo destacan, se hablara de Wimax por mucho tiempo más.