43

4 Redes WiMax

Existe cierta confusin entre la tecnologa WiMAX y las tecnologas

Wireless Local Area Network (WLAN) estandarizadas por el grupo IEEE

802.11. Estas dos tecnologas, en un principio, se han pensado como

complementarias, aunque la realidad es que WiMAX est empezando a asumir

funcionalidades propias de WLAN y podra finalmente sustituirla.

Con el fin de obtener compatibilidad e interoperabilidad de los productos de

IEEE 802.16, en el ao 2001 se crea el WiMAX Forum, definiendo un pequeo

nmero de perfiles de sistemas y perfiles de certificacin (Nuaymi, 2007).

Un perfil de sistema define el subconjunto de caractersticas obligatorias y

opcionales para los niveles fsicos y de enlace que el WiMAX Forum ha

seleccionado para los estndares IEEE 802.16d-2004 y el IEEE 802.16e-2005.

Actualmente el WiMAX frum ha definido dos perfiles de sistema: uno basado

en el estndar 802.16d-2004 llamado perfil de sistema fijo que utiliza OFDM en

la capa fsica y otro basado en el estndar 802.16e-2005 llamado perfil de

sistema mvil que utiliza un tipo de acceso OFDMA escalable (SOFDMA).

En la actualidad en Espaa existen despliegues comerciales en el estndar

802.16e, en concreto en la zona de Galicia y Asturias. En el sur de Espaa, la

empresa de telecomunicaciones y operadora Solis Multimedia S.L.U bajo la

marca comercial WI-NET ofrece servicios de voz y datos de hasta 20 Mbps.

Nostracom Telecomunicaciones, operador andaluz de telecomunicaciones,

presta servicios de voz y datos hasta 10Mbps en las zonas rurales donde no

existen alternativas o servicios muy limitados, sobre todo en las provincias de

Granada, Mlaga, Almera y Jan, pero tambin en Sevilla y Crdoba.

En Granada, Mlaga, Jan y Crdoba, CableSur ofrece servicios de

telefona y banda ancha simtrica o asimtrica con tecnologa WiMAX.

En Valencia, Esystel ofrece en la actualidad servicio en tres poblaciones de la

Ribera Alta. En Mallorca, WifiBaleares, operador de comunicaciones, ofrece

conexiones de banda ancha de calidad en zona rural y urbana, as como

llamadas a travs de tecnologa VoIP.

44

4.1 Funcionamiento bsico

En trminos prcticos, WiMAX podra operar de una forma similar a Wi-Fi

pero a velocidades ms altas, a ms distancia y con un nmero mayor de

usuarios. Podra cubrir las reas rurales que en la actualidad no tienen acceso

a Internet de banda ancha.

Una estacin WiMAX se conecta a una red de comunicaciones pblica,

usando fibra ptica, enlaces de microondas, o cualquier tipo de conexin de

alta velocidad punto a punto (P-P), a lo que se le llama Backhaul o redes de

retorno. Solo en pocos casos, como el de las redes malladas, se usan

conexiones punto a multipunto como Backhaul.

Figura 23. Funcionamiento de WiMAX (sx-de-tx.wikispaces.com)

4.1.1 Enlaces y zonas de Fresnel

Existen tres tipos de enlace en funcin de la visibilidad line of sight (LOS)

cuando hay lnea de vista directa entre el transmisor y el receptor y la zona de

Fresnel est despejada, Near line of sight (nLOS) si hay visibilidad directa pero

la zona de Fresnel est parcialmente obstruida y Non line of sight (NLOS)

cuando no hay visibilidad directa y por consiguiente la zona de Fresnel est

totalmente obstruida.

Las zonas de Fresnel son elipsoides concntricos formados por la

revolucin de la Figura 24, alrededor del eje TxRx. Sus focos son los puntos Tx

45

y Rx. Las secciones de los elipsoides normales al trayecto de propagacin

TxRx son crculos concntricos.

El anlisis de la influencia de los obstculos se realiza mediante los

elipsoides de Fresnel, considerando que la propagacin se efecta en

condiciones de visibilidad directa si no existe ningn obstculo dentro del

primer elipsoide. Debido al carcter oscilatorio del campo, es necesario que el

trayecto pase muy por encima de los obstculos. Basta trabajar en el entorno

de la primera zona de Fresnel, por lo que utilizaremos como parmetros de

referencia el , radio de la primera zona de Fresnel, haciendo en la ecuacin:

Dnde:

: Radio de la n-sima zona de Fresnel.

: Frecuencia en (MHz). : Distancia del transmisor Tx al obstculo (Km). : Distancia desde el obstculo al receptor Rx (Km).: Distancia del transmisor Tx al receptor RX (Km).

Figura 24. Zona de Fresnel

46

Es decir para conseguir comunicarnos a una distancia con una seal portadora de frecuencia debemos conseguir que la altura (Figura 24) de la primera zona de Fresnel, o que al menos el 80% de , est libre de obstculos.

Una explicacin breve y sencilla del papel que desempean las zonas o

elipsoides de Fresnel en la propagacin de la radiacin consiste en imaginar

una tubera virtual por donde viaja la mayor parte de la energa entre el

transmisor y el receptor. Con el objetivo de evitar prdidas no debera haber

obstculos dentro de esta zona ya que un obstculo perturbara el flujo de

energa, por ejemplo, si la mitad de la zona de Fresnel est enmascarada por

un obstculo, la antena se encuentra en el lmite de visin directa, y se

producirn unas prdidas de potencia en la seal de 6 db.

Figura 25. Lnea de vista y zona de Fresnel

4.2 Estndares WiMAX

WiMAX es una tecnologa basada en estndares que permite al abonado

la conectividad de banda ancha inalmbrica en uso fijo, nmada, porttil y mvil

sin necesidad de visin directa de la estacin base. En la tabla 1 veremos un

resumen de las caractersticas de los estndares ms relevantes:

Estndar Descripcin

802.16 WiMAX, rango de frecuencia 10 GHz

a 66HGz.

802.16 WiMAX para estaciones de usuarios

fijas, frecuencias menores a 11 GHz.

802.16b Frecuencias exentas de licencia,

rango de frecuencia de 5-6 GHz.

802.16c Detalles del sistema para la banda de

10-66GHz.

802.16d Estndar.

47

802.16-2004 Reemplaza a los estndares

802.16/.16a/16d (incluye OFDMA).

802.16e WiMAX para estaciones de usuarios

en movimiento (velocidad limitada a

120 Km/h).

802.16f Gestin MIB (Base de Informacin de

gestin).

802.16g Gestin de niveles.

802.16-1 Interfaz area, rango de frecuencia

10-66 GHz.

802.16.2 Coexistencia de sistemas de acceso

inalmbricos de banda ancha.

802.16.2-2004 Reemplaza a la 802.16.2.

802.16.2 Recomendaciones para la

coexistencia de los sistemas de

acceso fijo inalmbrico de banda

ancha.

802.16.3 Interfaz area para sistemas de

acceso fijo inalmbricos de banda

ancha operando por debajo de los 11

GHz.

Tabla 1. Descripcin estndares WiMAX

Una vez nombrados los distintos estndares de WiMAX, pasaremos a

explicar los ms importantes:

IEEE 802.16: estndar publicado en abril de 2002 que se refera a

enlaces fijos de radio con lnea de visin directa entre el transmisor y el

receptor utilizando frecuencias dentro de la banda de 10 a 66GHz para

proporcionar velocidades de transmisin de hasta 134Mbps y sin movilidad.

IEEE 802.16a: estndar que se public un ao ms tarde, en marzo del

2003. Esta modificacin tambin estaba pensada para enlaces fijos, cubriendo

una distancia de operatividad de 40 a 70 kilmetros y operando en la banda de

2 a 11GHz, parte de la cual es de uso comn y no requiere licencia para su

48

operacin. Es vlido para topologas punto a punto, punto a multipunto y

opcionalmente para redes en malla; no requiere lnea de visin directa y

permite transmitir con velocidades tericas de hasta 75Mbps.

IEEE 802.16c: es una ampliacin del estndar 802.16 para definir las

caractersticas y las especificaciones en la banda de 10-66 GHZ. Publicado en

Enero del 2003.

IEEE 802.16-2004: todos los estndares anteriormente mencionados

confluyen en el definitivo para WiMAX Fijo el 802.16d o tambin denominado

802.16d-2004, del que los principales fabricantes tienen ya productos

certificados por el WiMAX Forum. Este estndar final soporta numerosos

elementos obligatorios y opcionales. Tericamente podra transmitir hasta para

un rango de datos de 70Mbps en condiciones ideales, aunque el rendimiento

real podra ser superior a 40Mbps.

IEEE 802.16e: este estndar fue ratificado en Diciembre de 2005. Pero

como bien indicaba el grupo de trabajo, que el estndar haya sido aprobado

por el IEEE es una cosa y que el mercado disponga de productos certificados

es otra muy diferente, de manera que los primeros equipos certificados no han

aparecido hasta Abril de 2008. 802.16e aade a 802.16d soporte para

movilidad basado en tecnologa OFDMA, permitiendo divisin en mltiples sub-

canales para combatir la interferencia multicamino y segn necesidades de

ancho de banda y distancia.

WIBRO: los japoneses suelen estar al frente en telefona mvil y los

coreanos en acceso a Internet de banda ancha. WiBRO es un estndar basado

en una versin de OFDMA en la banda de 2.3 GHz que ya dispone de

productos comerciales.

802.16 802.16-2004 802.16e

Espectro 10-66 GHz 2-11 GHz 2-11 GHz fijo

2-6 GHZ mvil

Funcionamiento Fijo, slo con

lnea de vista

LOS

Fijo, sin lnea de

vista NLOS

Fijo y mvil sin

lnea de vista

NLOS

Modulacin QPSK, 16QAM,

64QAM

QPSK, 16QAM,

64QAM

QPSK, 16QAM,

64QAM

49

Tasa de

transmisin

bruta

32 Mbps - 134,4

Mbps

1 Mbps - 75 Mbps 1 Mbps - 75 Mbps

Ancho de banda

de canales

20 MHz, 25MHz,

28MHz

1.75 MHz, 3.5

MHz, 7 MHz, 14

MHz, 1.25 MHz, 5

MHz, 10 MHz, 15

MHz, 8.75 MHz

1.75 MHz, 3.5

MHz, 7 MHz, 14

MHz, 1.25 MHz, 5

MHz, 10 MHz, 15

MHz, 8.75 MHz

Radio de celdas

tpicos

2 5 Km aprox. 2 -10 Km aprox. 2 5 Km aprox.

Tabla 2. Datos bsicos de los estndares WiMAX. (Morillas, 2010)

Se observa que estos estndares ofrecen una amplia variedad de

opciones de diseo. Los diferentes estndares estn desarrollados para

diferentes tipos de aplicaciones y despliegue de escenarios, facilitando el

diseo de diferentes tipos de sistemas. De hecho, se podra decir que IEEE

802.16 es una coleccin de estndares, no un simple estndar de

interoperabilidad (Jeffrey, et al., 2007).

4.3 Uso del espectro

Las redes WiMAX, al contrario que WLAN, debern por lo general operar

en bandas de frecuencia de uso licenciado, presentando polticas de QoS

(Calidad de Servicio) y permitiendo mayor proteccin y calidad en las

comunicaciones. El espectro accesible para WiMAX depende del rea

geogrfica en la que se encuentre la red. Esto es as debido a las polticas

heterogneas nacionales, que han saturado en diferente manera las bandas de

operacin de WiMAX.

Para Espaa, todas las competencias en materia de uso del dominio

pblico radioelctrico las tiene la Secretara de Estado de Telecomunicaciones

y para la Sociedad de la Informacin (SETSI).

50

Figura 26. Distribucin mundial de bandas de frecuencias

Los beneficios de las soluciones basadas en WiMAX, tanto en espectro

con licencia como de uso libre, en comparacin con las soluciones cableadas,

son la eficiencia en costes, escalabilidad y flexibilidad. En los siguientes

apartados nos centraremos en ver cules son las diferencias, dentro de

WiMAX, entre la utilizacin de espectro libre o bandas licenciadas. En general,

veremos que en las bandas de licencia se obtiene una mayor calidad de

servicio con un mayor coste de entrada (por la compra del espectro), mientras

que las bandas libres de licencia presentan una menor calidad, pero tiene un

menor coste y una mayor interoperabilidad.

4.3.1 Bandas con licencias

Para emplear una solucin con licencia es preciso que el operador

adquiera espectro, que es un proceso muy variable en funcin del pas en el

que se quiera operar, teniendo que pasar por subastas, elevados precios y

retardos considerables. Por contra, esta barrera de entrada, acompaada del

uso exclusivo de una banda, permite conseguir una gran calidad y una

interferencia muy baja.

Las frecuencias bajas asociadas a bandas licenciadas (2,5 GHz y 3,5

GHz) permiten conseguir una mejor caracterstica NLoS. Segn se incremente

el despliegue de los operadores aparecern las primeras interferencias dentro

de las propias redes, que se debern reducir con un diseo apropiado de la

red.

51

4.3.2 Bandas de uso libre

Los proveedores de servicio en mercados emergentes, como pases en

desarrollo o pases maduros con reas subdesarrolladas, pueden reducir el

tiempo necesario para llevar al mercado el servicio y los costes iniciales si

optan por usar soluciones basadas en licencias abiertas. Adems, tambin es

posible usar estas soluciones en el caso de operadores con licencia, como

backup de su red habitual.

Las soluciones en bandas de libre uso estn limitadas en trminos de la

potencia de salida transmitida, a pesar de que no sea precisa licencia. Esta

potencia es el nico condicionante para los proveedores, que pueden usar el

espectro tanto como deseen. Otra limitacin es la calidad de servicio, que

vendr dada tambin por el nmero de seales interferentes de otros

operadores.

No obstante lo anterior, el mercado del equipamiento WiMAX en banda

sin licencia ha tenido cierta relevancia en algunos pases, entre ellos Espaa,

donde se han realizado numerosos proyectos, especialmente para despliegues

municipales y pequeos operadores.

4.4 Caractersticas principales de WiMAX

WiMAX es una tecnologa de banda ancha inalmbrica que ofrece una

gran cantidad de caractersticas con bastante flexibilidad en trminos de

opciones de despliegue y de servicio. Algunos de las caractersticas ms

importantes se enumeran a continuacin:

4.4.1 Capa fsica basada en OFDM

La modulacin OFDM (Orthogonal Frecuency-Division Multiplexing)

presenta muchos beneficios que no presentan otras modulaciones previas a

sta y permite que las redes inalmbricas transmitan eficientemente en

pequeos anchos de banda. Esta modulacin se caracteriza por dividir la seal

de banda ancha en un nmero de seales de banda reducida. Este esquema

consigue un buen comportamiento ante interferencias multicamino (multipath) y

permite operar en condiciones carentes de visin directa (NLOS).

52

4.4.2 Mximo de tasas de transferencia de datos

WiMAX es capaz de soportar elevados picos de tasa de datos. De

hecho, las velocidades que puede alcanzar la capa fsica (PHY) llegan a ser de

74Mbps cuando opera con un espectro de frecuencia de 20MHz de ancho.

Estas velocidades de pico de datos son alcanzadas cuando se usa una

codificacin 64QAM con un ndice de correccin de error de 5/6. Bajo

condiciones buenas para la seal se podran alcanzar velocidades mayores,

as como usando mltiples antenas y multiplexacin espacial.

4.4.3 Anchos de banda escalables

WiMAX tiene una arquitectura de capa fsica escalable que permite

adecuar la transferencia de datos a los diferentes anchos de banda de canal

disponibles. Esta escalabilidad est disponible en el modo OFDMA de WiMAX

mvil, donde el tamao de la FFT (transformada rpida de Fourier) puede ser

escalada en funcin del tamao del ancho de banda de canal disponible.

4.4.4 Modulacin y codificacin adaptativa (AMC)

WiMAX soporta un nmero de esquemas de modulacin y de

mecanismos de correccin de errores (FEC) y permite cambiar el esquema por

usuario y por estructura bsica, en funcin de las condiciones del canal (SNR

(Signal-to-Noise-Ratio)). AMC es un mecanismo efectivo para maximizar el

caudal en un canal variable en el tiempo.

4.4.5 Retransmisiones en el nivel de enlace

WiMAX soporta peticin automtica de retransmisin (Automatic Repeat

reQuest(ARQ)) en el nivel de enlace para conexiones que requieran una

fiabilidad elevada.

4.4.6 Soporte de duplexiones TDD y FDD

Tanto el estndar IEEE 802.16d-2004 como el IEEE 802.16e-2005

soportan duplexin por divisin en el tiempo (TDD) y duplexin por divisin en

frecuencia (FDD), adems tambin est definida la half duplex-FDD diseada

para sistemas de implementacin ms barata.

53

4.4.7 Uso de OFDMA

El estndar 802.16e (WiMAX mvil) usa OFDMA (Orthogonal Frequency

Division Multiple Access), que de forma similar a OFDM divide la seal en

mltiples sub-portadoras. OFDMA, sin embargo, va un paso ms all

agrupando sub-portadoras en sub canales. Una sola estacin de abonado

podra usar todos los sub-canales dentro del periodo de la transmisin, o los

mltiples clientes podran transmitir simultneamente usando cada uno una

porcin del nmero total de sub-canales.

4.4.8 Tcnicas avanzadas de antenas

WiMAX permite el uso de tcnicas basadas en mltiples antenas como

beamforming, codificacin espacio-tiempo, y multiplexacin. Estos esquemas

pueden ser usados para mejorar la capacidad total del sistema y su eficiencia

espectral mediante el uso de mltiples antenas en el transmisor y/o receptor.

4.4.9 Calidad del servicio (QOs)

La capa MAC de WiMAX est orientada a una conexin diseada para

admitir una amplia variedad de aplicaciones, incluyendo servicios multimedia y

de voz. El sistema soporta tasas de bit constantes y tasas de bit variables,

soporta flujos de trfico en tiempo real as como los que no lo son. WiMAX est

diseado para soportar un gran nmero de usuarios, con mltiples conexiones

por terminal, cada uno con sus propios requisitos de calidad de servicio.

4.4.10 Alto nivel de seguridad

WiMAX soporta una fuerte encriptacin, usando Advanced Encryption

Standard (AES) y adems tiene un protocolo de gestin de claves. El sistema

tambin ofrece una arquitectura de autenticacin bastante flexible basada en el

protocolo Extensible Authentication Protocol (EAP) que permite una amplia

variedad de identificaciones de usuario tales como nombres de usuario con

contrasea, certificados digitales o tarjetas inteligentes (smart cards).

4.4.11 Soporte para movilidad

La variante de WiMAX mvil tiene un mecanismo para soportar

traspasos (handover) seguros y ahorro de energa para alargar la duracin de

las bateras de los dispositivos porttiles. Tambin se aaden mejoras en el

54

nivel fsico como una estimacin ms frecuente del canal, sub-canalizacin del

enlace de subida y control de energa.

4.4.12 Arquitectura basada en IP

Todos los servicios usuario a usuario estn desarrollados sobre

protocolos basados en IP logrando diferentes opciones de QoS, gestin de

sesiones, seguridad y movilidad. Este planteamiento permite a WiMAX facilitar

el procesado IP de los datos y la convergencia con otro tipo de redes. El

WiMAX Forum ha definido una arquitectura de red de referencia basada en el

all- IP.

4.5 Arquitecturas

El NWG (Network Working Group); encargado de crear las

especificaciones de las redes, ha desarrollado un modelo de red de referencia

que se debe cumplir al desplegar sistemas WiMAX para asegurar la

interoperabilidad entre equipamientos y operadores diferentes. El modelo de

referencia de red prev una arquitectura de red unificada para dar soporte a

despliegues de red fija, nmada y mvil, basndose todas ellas en servicios IP.

La siguiente ilustracin muestra una imagen simplificada de una arquitectura de

red WiMAX tpica.

Figura 27. Arquitectura de Red caracterstica de un sistema WiMAX

basada en IP (vidateleco.wordpress.com)

La arquitectura global de la red se divide en tres partes, (1) las estaciones

de abonados sean fijas o mviles (MS SS), (2) la red de acceso al servicio

55

(Access Service Network (ASN)), la cual consta de varias estaciones base y

una o ms pasarelas ASN (ASN Gateways) formando la parte de acceso radio

de la red y (3) la red de conectividad al servicio (Conectivity Service Network

(CSN)), que se encarga de proporcionar conectividad IP.

El modelo de referencia de redes WiMAX define varios puntos de

referencia entre las distintas entidades que componen la arquitectura de esta

red. Esos puntos de referencia logran puntos de interoperabilidad entre equipos

de diferentes fabricantes. Hay seis puntos de referencias obligatorios (del R1 al

R6) y dos opcionales (R7 y R8).

Figura 28. Puntos de referencia entre entidades funcionales de un modelo

WiMAX

R1. Definido entre la estacin de usuario y la ASN. Incluye protocolos en

el plano de gestin adems de definir el interfaz aire.

R2. Definido entre la estacin de usuario y la CSN. Proporciona

autentificacin, autorizacin de servicio, configuracin IP y gestin de la

movilidad.

R3. Definido entre la ASN y la CSN. Soporta la gestin de la movilidad.

R4. Definido entre una ASN y otra ASN. Soporta la movilidad entre

diferentes ASNs.

56

R5. Definido entre una CSN y otra CSN. Soporta el roaming entre

diferentes NSPs.

R6. Definido entre una estacin base y una ASN-GW. Gestiona tneles IP

para eventos de movilidad.

R7. Interfaz lgica opcional entre la funcin de decisin y la funcin de

aplicacin en la ASN-GW.

R8. Interfaz opcional definida entre una estacin base y otra. Facilita la

existencia de handovers rpidos y sin fallos.

4.5.1 Red de acceso al servicio (ASN)

Esta red, dentro de la red global, comprende las entidades estacin base

(BS) y la interfaz ASN Gateway (ASN-GW). La arquitectura de red WiMAX

permite a su vez la composicin y/o descomposicin de las entidades

funcionales en entidades fsicas. Tambin ser posible combinar en una nica

entidad fsica la estacin base y la pasarela ASN.

4.5.2 Estacin base (BS)

Implementa la capa fsica y MAC tal como se define en el estndar IEEE

802.16. En una red de acceso WiMAX, una BS est definida por un sector y

una frecuencia asignada. En el caso de la asignacin multi-frecuencia de un

sector, este incluye tantas BS como frecuencias asignadas haya. La BS es

responsable de proporcionar el interfaz aire con la red a las estaciones de

usuario. Otras funciones adicionales de la estacin base sern aquellas

relacionadas con la gestin de la movilidad de los usuarios, como por ejemplo

la realizacin de los handovers, la gestin de los recursos radio, la aplicacin

de la poltica de QoS, la gestin de los diferentes flujos de trfico y la gestin

de claves y sesiones.

4.5.3 Pasarela de red de acceso al servicio (ASN-Gateway)

La ASN-GW acta tpicamente como un punto de agregacin de trfico

de capa MAC dentro del ASN. Otras funciones adicionales que llevar a cabo

la pasarela ser la gestin de la localizacin de usuarios, el control de admisin

al ASN y la gestin de recursos radio, almacenamiento de la informacin de los

suscriptores y sus claves de encriptado, la funcionalidad del cliente

57

Authentication Authorization and Accounting (AAA), el establecimiento y gestin

de la movilidad en colaboracin con las estaciones base, la aplicacin de la

poltica de QoS considerada, funcionalidad de agente externo para IP mvil y el

enrutado para la CSN seleccionada.

4.5.4 Red de conectividad al servicio (CSN) Switching Center (SC)

El CSN est formado por un conjunto de funciones y equipos que

permiten la conectividad IP a los suscriptores WiMAX. Incluye funciones como

autorizacin de conexin de usuario en la capa de acceso 3, administracin de

la QoS, soporte de movilidad basado en Mobile IP, facturacin de los

suscriptores WiMAX, servicios WiMAX (acceso a Internet, servicios de

localizacin, conexin de servicios Peer-To-Peer, aprovisionamiento,

autorizacin y/o conexin a gestores de bases de datos o IMS).

4.6 Topologas

La topologa de las redes basadas en 802.16 depende de varios factores,

entre ellos la asignacin del espectro, la capacidad necesaria, servicios

prestados y por supuesto los problemas relacionados con la implementacin

fsica. Las dos topologas principalmente usadas, son de estrella y mallada y se

muestran en la Figura 29.

En el primer caso para la topologa estrella se observa una potencial

configuracin backhaul para sistemas inalmbricos mviles usando tecnologa

2,5G o 3G.

Figura 29. Topologas estrellas y mallada

58

Mientras que la topologa mallada, est asociada con ms frecuencia a

los sistemas inalmbricos mviles como 802.16e.

Ambas configuraciones tienen ventajas y desventajas. La configuracin

estrella tiene mayor capacidad Mbps/km2. Sin embargo la configuracin

mallada permite un despliegue ms rpido, actuando sin lnea de vista NLOS,

colocando las antenas principales en las zonas en las que se concentra el

trfico (Smith & Meyer, 2004).

4.7 Capas del modelo de red WiMAX

El grupo IEEE 802.16 ha definido un estndar centrado en las capas

fsicas y de enlace del modelo Open Systems Interconnection (OSI), para un

sistema de comunicaciones inalmbricas de banda ancha fija de alcance

metropolitano.

Figura 30. Torre de protocolos 802.11 y capa PHY y MAC 802.16

4.7.1 Capa fsica (PHY)

Esta capa fsica, llamada PHY, est basada en los estndares 802.16-

2004 y 802.16e-2005 y para su diseo se basaron en las especificaciones de

Wi-Fi, especialmente en la norma del IEEE 802.11a. A pesar de que muchos

aspectos de estas dos tecnologas son diferentes, algunos de sus pilares

bsicos son muy similares.

Como Wi-Fi, WiMAX est basado en los principios de la multiplexacin

por divisin de frecuencias ortogonales (OFDM), la cual es una tcnica de

modulacin/acceso conveniente para condiciones de ausencia de visin directa

59

NLOS con altas tasas de datos. En WiMAX, sin embargo, los parmetros

dentro de la capa fsica son muy diferentes a los de Wi-Fi, ya que ambas

tecnologas van a trabajar en entornos muy diferentes.

4.7.1.1 OFDM

Wimax es la tecnologa ms puntera en soluciones inalmbricas y frente

a un escenario electromagntico que cambia, se basa en OFDM (Orthogonal

Frequency Division Multiplex) con un esquema de modulacin adaptativa: 8

niveles de modulacin (BPSK, QPSK, 16QAM y 64 QAM). El throughput se

optimiza en funcin de la robustez del enlace.

OFDM es el esquema de transmisin elegido para conseguir

transferencia de datos de alta velocidad, video y comunicaciones multimedia.

Enfocando OFDM a WiMAX fijo, 802.16-2004 utiliza OFDM con 256 sub-

portadoras fijas, entre las que se usan 192 sub-portadoras de datos, 8 sub-

portadoras piloto por temas de sincronizacin y estimacin de canal y 56 sub-

portadoras de banda de guarda.

Figura 31. OFDM. Modulacin adaptativa

En la Figura 31. OFDM. Modulacin adaptativa, se observa el esquema

OFDM, donde:

BPSK (Binario Phase Shift Keying): corresponde a la modulacin de

desplazamiento de fase de 2 smbolos. Tambin se la conoce como 2-PSK o

PRK (Phase Reversal Keying). Es el mtodo ms sencillo de todos, puesto que

60

solo emplea 2 smbolos, con 1 bit de informacin cada uno. Es tambin la que

presenta mayor inmunidad al ruido, puesto que la diferencia entre smbolos es

mxima (180). Dichos smbolos suelen tener un valor de salto de fase de 0

para el 1 y 180 para el 0. En cambio, su velocidad de transmisin es la ms

baja de las modulaciones de fase.

QPSK (Quadrature Phase-Shift Keying): se refiere a PSK con 4 estados o

cuatro fases en el que el transportista se enva en QPSK: 45, 135, 225, y 315

grados.

QAM (Quadrature amplitude modulation): puesto que en las

telecomunicaciones digitales los datos son binarios, el nmero de puntos del

diagrama es normalmente una potencia de 2. Ya que el nmero de

cuantizaciones en QAM es generalmente un nmero cuadrado, las formas ms

comunes son de 16-QAM, 64-QAM y 256 QAM. Al cambiar a una constelacin

de orden superior, es posible transmitir ms bits por smbolo. Sin embargo, si la

"energa promedio" de la constelacin sigue siendo la misma, los puntos deben

estar ms cercanos y son por lo tanto ms susceptibles al ruido y la distorsin,

lo que resulta en una tasa de bits de error ms alta y as la QAM de orden

superior puede ofrecer datos menos confiables que la QAM de orden inferior.

4.7.2 Capa MAC

El punto focal de la capa MAC consiste en administrar los recursos de

enlaces areos de una manera eficiente. Sus caractersticas son las siguientes:

Proporciona accesos para redes punto a multipunto.

Soporta redes de reas metropolitanas.

Posee una conexin orientada.

Apoya a los usuarios en entornos difciles:

Alto ancho de banda, cientos de usuarios por canal

Trafico continuo y descargas

Eficiente uso del espectro

Ofrece flexibilidad QoS.

61

4.8 Aplicaciones

La utilizacin de sistemas de comunicaciones inalmbricas WiMAX

proporciona grandes posibilidades para entornos en situaciones muy diversas,

entre las que podemos mencionar las siguientes:

Tecnologa de ltima milla para provisin de banda ancha

Conectividad en zonas rurales o con alta dispersin geogrfica

Interconexin de infraestructuras de telecomunicaciones

Despliegue de instalaciones distribuidas de seguridad o industriales

Puesto de trabajo mvil en entorno laboral

Internet Mvil

Servicios de Movilidad

Soporte para entrenamientos militares

Proporciona sistemas de seguridad fronterizas

Conectividad para catstrofes y situaciones provisionales

Conectividad dentro del campus universitario

Sistemas de seguridad bancarios