1 INTRODUCCIÓN WIMAX

WiMAX son las siglas de Worldwide Interoperability for Microwave Access, y es la

marca que certifica que un producto está conforme con los estándares de acceso

inalámbrico 'IEEE 802.16'. Estos estándares permitirán conexiones de velocidades

similares al ADSL, con la diferencia que con esta tecnología se alcanza hasta una

distancia de 50-70 km.

La tecnología WiMAX, es un apoyo que facilita las conexiones en zonas rurales, y se

utiliza en el mundo empresarial para implementar las comunicaciones internas. 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.

FIGURA 1 La tecnología WiMAX

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.

FIGURA 2 Aplicaciones WiMAX

A partir de las variaciones en el uso de frecuencias, es claro determinar que equipos

de mayor capacidad, como es el caso de los ruteadores, preferentemente están

asociados a una conexión de alta frecuencia con las antenas WiMAX; y los equipos

de mayor movilidad, como las computadoras portátiles, seguirán asociándose a

redes WiFi o WiMAX en menores frecuencias y anchos de banda.

2. HISTORIA DE LA ESTANDARIZACIÓN DE LA TECNOLOGÍA WIMAX

Este conjunto de estándares, empezaron a evolucionar a partir de la versión 802.16,

implementada en abril del 2002, la cual se caracterizaba por sus enlaces fijos, con

visión directa denomina con hilos(LoS), lo que significa que tanto transmisor como el

receptor, tenían que ver, para que existiese comunicación, por ejemplo entre dos

edificios. Esta versión utiliza la banda de 10 a 66 GHz, capa normal de acceso a los

medios (MAC), multiplexacion (TDD o FDD), desarrolla hasta una velocidad de 134

Mbps.

Al quererle hacer mejoras a esta versión, dio como origen a la versión 802.16a, pero

con mayor ancho de banda y cobertura de hasta 50 kilómetros entre el emisor y el

receptor, utilizando la banda de 2 a 1 GHz, se implemento en esta versión la

arquitectura punto a multipunto, en redes de malla y lo que la caracterizó

principalmente fue que no requiere de visión directa (NLoS) y desarrolla una

velocidad hasta 75 Mbps.

El IEEE 802.16a fue prácticamente olvidado, ya que recientemente el foco de

atención fue el IEEE 802.16-2004, que también es conocido como 802.16REVd o

802.16-2004. El cual es una mejora del estándar IEEE 802.16ª que fue certificado en

octubre de 2004. Por otra parte, también está el IEEE 802.16e, otra variación de

WIMAX que le sigue al estándar 802.16-2004, lo único que estos dos estándares

propuestos tienen en común es que emplean el mismo rango de frecuencia (sub

11GHz). En la siguiente figura se muestra las diferentes versiones del estándar

WIMAX.

FIGURA 3 Diferentes versiones del estándar WIMAX

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 mas practico 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 2.5GHz 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:

- Disminuye la interferencia.

- El retraso difundido.

- Mayor robustez.

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,

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 – Equipo de

Usuario) consiste de 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. Es probable que la tendencia a tener unidades interiores

autoinstalables se desarrolle más notoriamente en los próximos años.

Mientras lo hace, la tecnología inalámbrica fija introduciría un grado de capacidad

nómada ya que el abonado podría viajar con el CPE y usarlo en otras ubicaciones

fijas: oficina, hotel y cafetería, etc. Además, los CPE auto instalables hacen que el

802.16-2004 fuera económicamente más viable ya que una gran parte del costo de

adquisición del cliente (instalación; CPE) se reduce en forma drástica.

IEEE 802.16-e

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

sobretodo 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.

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 lo 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 9MHz a 2.3GHz con OFDMA como su tecnología de acceso. De

acuerdo a quienes lo proponen, WiBro soporta usuarios viajando a velocidades de

hasta 120km/h (anteriormente se publicitó que estaba limitado a 60km/h) y

velocidades máximas de usuario de 3Mbps en el downlink (enlace descendente),

1Mbps en uplink (enlace ascendente) y 18Mbps de rendimiento máximo del sector en

el downlink y 6Mbps en uplink.

3. 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 inteligentesSoporta 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 Division

Multiplexing) 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

(CipherBlockChaining)

Bandas bajo licenciaOpera en banda licenciada en 2.4GHz y 3.5

GHz 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 de

cada 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

Alcance· 50 Km sin Línea de Vista

· 8 – 10 Km en áreas de alta densidad

demográfica

Aplicaciones Voz, video y datos

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.

a) Tasa de Transferencia

Por medio de un robusto esquema de modulación, el IEEE 802.16 entrega una alta

tasa de transferencia a altos rangos con un alto nivel de eficiencia espectral que es

también tolerante a reflexiones de señal. La modulación dinámica adaptativa permite

a la estación base negociar la tasa de transferencia por rangos. Por ejemplo, si la

estación base no puede establecer un link robusto a un abonado distante usando el

esquema de modulación de mayor orden, 64 QAM (Modulación por Amplitud en

Cuadratura), el orden de modulación se reduce a 16 QAM o QPSK, la cual reduce la

tasa de transferencia e incrementa el rango efectivo como se muestra en la siguiente

Figura.

FIGURA 4. Distribución del ancho de banda Vs. distancia.

b) Escalabilidad

Para acomodar un planeamiento de celda fácil en el espectro de ambas bandas

licenciada y no licenciada, el 802.16 soporta canales de ancho de banda flexibles.

Por ejemplo, si un operador tiene asignado 20 MHz de espectro, este operador

puede dividirlo en 2 sectores de 10 MHz cada uno, o 4 sectores de 5 MHz cada uno.

Focalizando potencia en sectores de pequeños incrementos, el operador puede

incrementar el número de usuarios manteniendo un buen rango y tasa de

transferencia.

c) Cobertura

La tecnología WiMAX ha sido optimizada para proveer una excelente cobertura sin

línea de vista (NLOS). Esta tecnología permite la mejor cobertura de larga distancia

hasta los 50 Km en condiciones LOS y celdas de radio típicas hasta los 8 Km dentro

de condiciones NLOS.

e) Propagación y Técnicas de Modulación para WiMAX

La tecnología WiMAX utiliza la modulación adaptativa, la cual permite ajustar el

sistema de modulación dependiendo de la condición de relación señal/ruido (SNR)

del enlace de radio.

Cuando el enlace de radio tiene alta calidad, es usado el esquema de modulación

más alto, dando al sistema mayor capacidad. Durante la pérdida de señal, el sistema

WiMAX puede cambiarse a un esquema de modulación menor para mantener la

calidad de conexión y estabilidad del enlace. Esta característica permite al sistema

superar el fading de tiempo selectivo.

FIGURA 5. Modulación adaptativa para WiMAX

Como se observa en la Figura, denotamos estos beneficios en caso de requerimiento

de mayor rango, la modulación dinámica adaptativa permite negociar la tasa de

transferencia por mayores rangos.

f) Tipos de antenas para el estándar WiMAX

WiMAX antenas, al igual que las antenas de autos, teléfono móvil, radio FM, o TV, se

han diseñado para optimizar el rendimiento de una aplicación dada. La figura 6

ilustra los tres principales tipos de antenas utilizadas en los despliegues de WiMAX.

De arriba a abajo son: una omni direccionales, las de sector y la antena de panel,

cada antena tiene una función específica.

FIGURA 6 Tipos de antenas para diversas aplicaciones

Antenas omni-direccionales

FIGURA 7. Antena omni-direccional con emisiones los 360° a partir de la BS

Las antenas omni-direccionales se utilizan para configuraciones punto – multipunto

como se muestra en la Figura 7. El principal inconveniente para una antena omni-

direccional es que su energía está muy difundida entre los 360°, esto limita su

alcance y también limita la fuerza de la señal. Las antenas omni- direccionales son

buenas para las situaciones en que hay varios usuarios situados muy cerca de la

estación base.

Antenas de sector

FIGURA 8 Antenas de sector

Como se muestra en la Figura 8; una antena de sector, enfoca el haz en una zona

más centrada, ofrece un mayor rendimiento con menos energía que las omni-

direccionales. Muchos operadores utilizan las antenas de sector para cubrir los 360°

de área de servicio en lugar de utilizar una antena omni-direccional, debido a un

rendimiento superior que presentan las antenas de Sector.

Antenas de panel

FIGURA 9 Antenas de panel

Este tipo de antenas son generalmente un panel plano de alrededor de un pie

cuadrado como se ve en la Figura 9. Pueden ser una configuración WiMAX potencial,

ya que son alimentadas a través del cable Ethernet que conecta la antena a la red.

Este tipo de fuente de energía se conoce como “Power over Ethernet (PoE)”, Lo cual

simplifica su despliegue.

4. TIPOS

En la práctica, actualmente las redes WiMAX se dividen en dos:

WiMAX fija, bajo el protocolo 802.16d, que funciona mediante antenas fijas

(similares a las de TV). En Europa trabaja en la banda de 3.5 GHz, con una

velocidad máxima de 75 Mbps y un rango de hasta 10 Km.

WiMAX móvil, bajo el protocolo 802.16e, que trabaja en la banda de 2 - 3

GHz, con una velocidad máxima de 30 Mbps y un rango de hasta 3.5 Km.

Las redes WiMAX son redes que trabajan bajo la tecnología NLOS (es decir, que no

necesitan tener una línea de visibilidad entre las antenas), pero en la práctica este

sistema solo permite atravesar pequeños obstáculos (una casa pequeña, árboles,

pequeños muros), pero no puede atravesar obstáculos mayores, como un edificio o

una montaña. Además, cuando no hay una línea de visión directa (LOS) entre

ambos, tanto la velocidad como la distancia (rango) se reducen notablemente. En

este sentido les ocurre lo mismo que a las redes WiFi. Para una transmisión a

distancias mayores (en teoría puede llegar hasta los 50 Km) es necesario que las

antenas tengan una línea de visión directa (LOS).

En Bolivia, este tipo de redes están siendo muy utilizadas para dar cobertura, tanto

para transmisión de datos (Internet) como para transmisión de voz (mediante VoIP) a

pequeños núcleos rurales o para ofrecer redes de acceso público dentro de

ciudades.

5. COMPARACIÓN ENTRE TECNOLOGÍAS

El estándar 802.16 puede alcanzar una velocidad de comunicación de más de 50

Mbit/s en un canal con un ancho de banda de 28 MHz (en la banda de 10 a 66 GHz),

mientras que el 802.16a puede llegar a los 70 Mbit/s, operando en un rango de

frecuencias más bajo (<11 GHz).

CUADRO 1. Comparativa de WiMAX frente a otras tecnologías

  WiMAX

802.16

Wi-Fi

802.11

Mobile-Fi

802.20

UMTS y

cdma2000

Velocidad 70 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

Soporta varios cientos de usuarios por canal, con un gran ancho de banda y es

adecuada tanto para tráfico continuo como a ráfagas, siendo independiente de

protocolo; así, transporta IP, Ethernet, ATM etc. y soporta múltiples servicios

simultáneamente ofreciendo Calidad de Servicio (QoS).

6. PRINCIPALES PROVEEDORES HISTÓRICOS Y ACTUALES

Las industrias de proveedores de conexión inalámbrica y de equipos de

telecomunicaciones, se están congregando alrededor de la tecnología WIMAX

debido a sus tremendas ventajas de costos para ofrecer conectividad de última milla

en grandes partes del mundo que son muy costosas de servir con tecnologías de

cable.

Los sistemas con certificación WIMAX proporcionarán los componentes para

conectar a los próximos cinco mil millones de usuarios a Internet y verdaderamente

originar la revolución inalámbrica de banda ancha, dentro de los más grandes

proveedores podemos mencionar los siguientes:

Intel.

El objetivo de Intel al participar en el desarrollo de WIMAX es el de potenciar la

interoperabilidad entre las diversas soluciones que se encuentran en el mercado, la

empresa de procesadores Intel, con su gama de chips Centrino WIFI convirtió a la

tecnología inalámbrica de corto alcance en un patrón mundial popular en cafés

casas, oficinas y otros espacios públicos. Por lo que es el creador del primer

producto que aprovechA al máximo la tecnología inalámbrica WIMAX. Se trata de un

nuevo modelo de chip, conocido en principio como Rosedale, el cual cuesta cerca de

45 dólares y está diseñado para que dispositivos reciban señales WIMAX en las

casas de los usuarios. Actualmente Intel no fabrica estaciones base o equipos

terminales, pero si provee del silicio y los diseños para los fabricantes que

alternadamente construyen tales productos.

Los principales fabricantes de equipamientos de redes, incluida la alemana Siemens,

también anunciarán la fabricación de productos construidos basados en Rosedale.

También podemos mencionar a diversos fabricantes de hardware como: Portugal

Telecom, Swisscom o BT. Además, el fabricante de equipos de telecomunicaciones

chino ZTE que construye redes de banda ancha inalámbrica utilizando la tecnología

WIMAX en China, Europa del Este y el Sureste de Asia.

Nortel Networks

Nortel Networks es miembro de numerosos organismos de la industria inalámbrica,

como por ejemplo Internacional Telecommunications Union (ITU), Third Generation

Partnership Project (3GPP), 3GPP2, Cellular Telecommunications & Internet

Association (CTIA), IEEE, WIFI Alliance y Wireless Communications Association

(WCA). Nortel Networks ha diseñado, instalado y lanzado más de 300 redes

inalámbricas en más de 50 países. Nortel Networks fue el primer proveedor de redes

inalámbricas de la industria en trabajar con todas las tecnologías de radio avanzadas

(GSM/GPRS/EDGE, CDMA2000 1X y 1xEV-DO, UMTS y WLAN) y es uno de los

proveedores de soluciones inalámbricas de principio a fin de la próxima generación

WIMAX.

WIMAX Forum

El WIMAX Forum es una entidad del sector sin fines de lucro destinada a promover y

certificar la compatibilidad y la interoperabilidad de productos inalámbricos de banda

ancha utilizando los estándares IEEE 802.16x y ETSI HiperMAN. El objetivo del foro

es acelerar la introducción de dichos dispositivos al mercado. Los productos

certificados WIMAX Forum Certified TM son completamente interoperables y

soportan Aplicaciones Metropolitanas de Banda Ancha Fijas, Portátiles y Móviles. El

forum se está centrando principalmente en las bandas de 2.5 GHz, 3.5 GHz y 5.8

GHz, que posibilitan soluciones NLOS (Non Line of Sight), es decir que no necesiten

visión directa entre el emisor y el receptor.

Motorola

Motorola es, y tiene el objetivo de continuar siendo, la compañía líder en WIMAX

hasta en el diseño de chips para dispositivos móviles. La compañía invierte de

manera sólida en el desarrollo e implementación de WIMAX, desde la infraestructura

hasta el silicio de avanzada, el primer chip de Motorola se basará en el estándar

802.16e de funcionalidad WIMAX móvil, y soportará voz, video y datos para las

aplicaciones móviles de bajo consumo de energía en equipos y módulos.

7. Precios históricos y actuales

País Empresa Velocidad (Kbps) Costo ($us)

Venezuela CanTV1024 30

1536 46.5

ColombiaTelmex 600 11

ETB 1024 23

Chile VTR 6144 39

Peru Telmex512 25

1024 35

Argentina Telefonica 2048 20

Brasil Speedy1024 45

8192 120

BoliviaNuevatel 256 37

TIGO 256 45

Ecuador Interactive 300 20

Uruguay Multitel 512 36

Tarifas Nuevatel

Velocidad Tarifa mensual

Hasta 128 Kbps Bs 190

Hasta 256 Kbps Bs 260

Hasta 384 Kbps Bs 440

Hasta 512 Kbps Bs 720

Hasta 1024 Kbps Bs 1,480

Hasta 1536 Kbps Bs 1,900

Hasta 2048 Kbps Bs 2,280

Tarifas TIGO